新型石墨烯体系登上《自然》！当温度升高时，电子竟然产生了冻结现象

两组研究人员分别发现，存在一种特定类型的石墨烯体系——当温度升高时，电子会冻结。

由来自以色列、美国和日本的成员组成的第一个团队发现，将一层石墨烯放在另一层之上，然后扭曲上面的一层，会导致一种石墨烯状态，在这种状态下，电子会随着温度的升高而冻结。

在试图解释他们所观察到的现象时，他们发现近乎绝缘的相位的熵，大约是自由电子自旋的熵的一半。

第二个团队的成员同样来自美国、日本和以色列，他们发现了同样的石墨烯体系。在他们的研究中，为了理解他们的观察结果，他们注意到绝缘体中产生了一个很大的磁矩。这两个团队都在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。

随着大多数物质周围温度的升高，构成这些物质的粒子被激发。这导致固体熔化成液体，液体变成气体。

这可以用热力学来解释——更高的温度导致更多的熵，这是对无序的一种描述。在这项新的研究中，两个团队都发现了一个例外，那就是一种新型的石墨烯系统——在这个系统中，电子会随着温度的升高而冻结。

这种石墨烯体系的打造非常简单。两个研究小组都只是简单地将一张石墨烯薄片放在另一张上面，然后非常轻微地扭曲上面的薄片。但它必须以他们所说的“魔术角度”（magic angle）扭曲，也就是1度的扭曲。moiré模式导致系统中电子的速度降低，反过来又导致更大的电阻，使系统接近绝缘体。

随后，两个团队都对这些观察结果进行了更仔细的研究。他们都测量了扭曲晶格的熵，发现高温相的熵比低温相的熵大。

他们都发现，扭曲层中的电子同时具有自旋和低自由度，他们指出，这可以被描述为同位旋（isospin）。他们都认为，随着系统温度的升高，它更接近于成为铁磁体。

除了他们关于近绝缘相的熵的发现之外，第一个团队还注意到电子压缩率的一个突然的高峰。第二个研究小组还发现，当磁场作用于系统时，能同时占据能级的电子更少。

上述研究以“Isospin Pomeranchuk effect in twisted bilayer graphene”为题，发表在《自然》杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://phys.org/news/2021-04-graphene-electrons-temperature.html

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03433-2

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