攻丝石墨烯的隐藏潜力，以获得量子信息科学的进步

二氧化硅/硅芯片上的石墨烯装置的光学图像。闪亮的金属线连接到金电极进行电气测量。

Berkeley Lab科学家将石墨烯的隐藏人才视为电动调谐超导体，绝缘体和磁性装置，用于推进量子信息科学。

自格拉氏在2004年的发现以来，科学家们看了看这种有才华的原子薄2D材料的方法。比单股DNA的较薄又比钢更强的200倍，石墨烯是电力和热量的优异导体，并且它可以与来自超薄2D片材的任何数量的形状符合到电子电路。

去年，由伯克利实验室资料科学家冯王领导的研究人员团队，伯克利伯克利伯克利物理学教授开发了一系列多任务化石墨烯装置，其从超导体切换到抗蚀剂的绝缘体上的超导体电流的流动，再次回到超导体。

现在，如今在今天报道的基础上报道，研究人员已经进入了他们的石墨烯系统的杂耍才能，而不只是两个物业，而是三：超导，绝缘和一种称为铁磁性的磁性。多任务设备可以做出新的物理实验，例如追求电路的研究，以更快，下一代电子等Quantum Computing Technologies。

在纳米制作过程（左）期间夹在氮化硼层之间的三层石墨烯材料的光学图像;以及带金电极（右）的三层石墨烯/氮化硼装置。

“到目前为止，同时显示超导，绝缘和磁性的材料非常罕见。大多数人认为，难以诱导石墨烯中的磁性，因为它通常不是磁性。我们的石墨烯系统是第一个在单一样本中结合所有三种性质的系统，“王伯克利UC伯克利Ultrafast纳米光学集团的博士·研究员Guorui Chen表示，”研究的潜在客户“。

用电动开启石墨烯的隐藏潜力

石墨烯在电子产品中有很多潜力。其原子薄结构与其强大的电子和导热率相结合，“可以在下一代电子和存储器存储设备的开发中提供独特的优势，”陈表示，陈某表示，陈某也担任伯克利实验室材料科学师的博士后研究员在研究时。

问题是当今电子产品中使用的磁性材料由铁磁性金属制成，例如铁或钴合金。铁磁材料，如公共酒吧磁铁，有北极和南极。当铁磁材料用于将数据存储在计算机的硬盘上时，这些磁极向上或向下点，表示零和一个调用位。

然而，石墨烯不是由磁性金属制成的 - 它由碳制成。

所以科学家们提出了一个创造性的解决方法。

三叶子石墨烯/硼氮化物Moiré超略图的例证与电子和铁磁特性的。

它们设计了超薄装置，厚度为1纳米，具有三层原子薄石墨烯。当夹在2D氮化硼之间时，石墨烯层 - 描述为研究中的三层石墨烯 - 形成称为Moiré超晶格的重复模式。

通过将电压通过石墨烯装置的栅极施加，装置中的电力产生电子在装置中沿同一方向圈出来，就像围绕轨道的小型赛车。这产生了强大的动力，将石墨烯装置转变为铁磁系统。

更多的测量显示了一个惊人的新属性：石墨烯系统的内部不仅变得磁性，而且是绝缘;尽管磁力，其外边缘变形成电子电流的通道，其移动而不会阻力。研究人员说，这些属性表征了一类被称为Chern Insulator的绝缘体。

双门控三层石墨烯/氮化硼装置的示意图。插图显示了三层石墨烯和底部氮化硼层之间的莫尔超晶格图案。

甚至更令人惊讶的是，由CAMASACHUSTTS技术学院的CON-HUI ZHANG的计算甚至更令人惊讶地展示了石墨烯装置不仅仅是一个但两个导电边缘，使其成为第一个观察到的“高阶CHERN绝缘体”的结果三层石墨烯中的强电子相互作用。

科学家们一直在称为拓扑领域的Chern Insulator的热追求，调查了异国情调的物质状态。Chern Insulator提供潜在的新方法来操纵量子计算机中的信息，其中数据存储在量子位或QUBITS中。量子位可以表示一个，零或一个状态，其中它同时是一个和零。

“我们的发现表明石墨烯是研究不同物理学的理想平台，从单粒子物理到超导，现在拓扑物理学，以在2D材料中研究物质阶段的量子阶段，”陈说。“我们现在可以探讨一个小型设备的新物理只有100万只毫米厚。”

研究人员希望与他们的石墨烯设备进行更多的实验，以更好地了解Chern绝缘体/磁铁的出现方式以及其不寻常的特性背后的力学。

参考：Guorui Chen，Aaron L. Sharpe，Eli J. Fox，Ya-Hui Zhang，Shaoxin Wang，Lili Jiang，Bosai Lyu，Honguan Li，Kenji Watanabe，Takashi Taniguchi，Zhihi Taniguchi，Zhihi Taniguchi，Zhiwen Shi，T. Senthil，David Goldhaber-Gordon，Yuanbo Zhang and Feng Wang，2020年3月4日，Nature.Doi：
10.1038 / s41586-020-2049-7

伯克利实验室的研究人员; UC Berkeley;斯坦福大学;斯拉克国家加速器实验室;麻省理工学院;中国上海交通大学先进微观结构和复旦大学的协作创新中心;日本国家材料科学研究院参加了这项工作。

这项工作得到了对材料中的Quantum Conherence的新途径中心，由美国能源部资助的能源前沿研究中心提供支持。