多年来，超薄的“神奇材料”石墨烯以其惊人的性能撼动了科学界，但当你将这种二维纳米材料与自身叠加起来时，事情就变得非常有趣了。在新的实验中，美国物理学家发现，当石墨烯被组装成双层垂直堆叠时——相邻的两层材料几乎是相互接触的——这种接近会产生前所未有的量子态。
这些新测量的状态，是由两个石墨烯层之间电子的复杂相互作用产生的，是所谓的分数量子霍尔效应的例子——这只是物理学在材料只占二维空间时变得多么怪异的最新例子。布朗大学的物理学家贾力说：“研究结果表明，将二维材料紧密堆积在一起会产生全新的物理现象。”就材料工程学而言，这项研究表明，这些分层系统可以创造出利用这些量子霍尔态的新型电子设备。
这项新发现的根源可以追溯到大约140年前，当时科学家们首次发现了后来被称为霍尔效应的现象：磁场的存在会使电压发生偏转。由于霍尔效应，这种所谓的霍尔电压沿横向运行，当磁场变得更强时，霍尔效应被放大。大约一个世纪后，物理学家观察到一个相关的现象，量子霍尔效应，这在二维电子系统中可见——包括最近开发的二维纳米材料，如石墨烯。
在量子版本的霍尔效应中，人们发现，由于更强的磁场，霍尔效应被放大的方式不是平滑的线性增长：相反，霍尔电导率是量化的——跳跃到新的、固定的高原，很像一个楼梯。随后的实验表明，这些现象中的一些可以用分数来解释——前面提到的分数量子霍尔效应(FQHE)。李的团队现在已经在他们的研究中观察到了新型的FQHE。
我们制造这些设备的精确性和可调性，现在让我们可以探索整个物理学领域，而这个领域最近被认为是完全不可企及的。在这项新工作中，这两层石墨烯被一层薄的六角形氮化硼隔开，这层氮化硼被插入石墨烯中作为绝缘屏障。该装置还被六方氮化硼包裹，并与石墨电极相连。
通过将这个组装体置于比地球磁场强数百万倍的超强磁场中，研究小组观察了此前从未见过的石墨烯层间电子相互作用的FQHE状态。虽然这些有趣的状态对科学来说是新的，但它们似乎在很大程度上符合我们对准粒子(称为复合费米子)的现有理解——这是在FQHE研究中首次发现的一种量化现象。
但新的发现表明，这些复合费米子可能比我们想象的要多。“除了层间复合费米子外，我们还观察到了复合费米子模型中无法解释的其他特征，”哥伦比亚大学物理学家史谦辉说。更仔细的研究表明，令我们惊讶的是，这些新状态是由复合费米子之间的配对产生的。虽然有很多要做更多的研究之前，我们完全理解的影响，研究小组说，他们“解释这些国家由于残余配对CFs之间的相互作用，代表一种新的相关的基态是石墨烯独特的双层结构，而不是传统CF所描述的模式。”换句话说，一个石墨烯层是好的，但有两个是世界上最好的。
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