激光用于重建扭曲的超导材料

芝加哥大学和山西大学的科学家们宣布，他们已经发明了一种使用激光“模拟”一种材料的方法，物理学家们多年来一直对这种材料的潜在技术应用垂涎三尺。

这种新方法可以用来更好地理解这种被称为扭曲双层晶格的材料是如何工作的，并且可能为新的电子学或量子技术指明方向。

对传统的扭曲

四年前，麻省理工学院的科学家们发现惊人的扭转:普通碳原子薄片如果在堆叠时扭转，就能变成超导体。

超导体是一种罕见的材料，它能够完美地导电，完全没有损耗。科学家和工程师可以想象出超导体的各种用途——它们已经是核磁共振成像的基础——但它们有很大的局限性，包括必须冷却到零度以下才能工作。科学家们希望，如果他们能完全理解其中的物理原理，他们就能设计出新的超导体，从而开启各种各样的技术可能性。

“每当有人发现一类新的超导体时，物理学界都会注意到，”芝加哥大学(University of Chicago)物理学教授、这项新研究的合著者程琴(Cheng Chin)说。“但这个特别令人兴奋，因为它是基于石墨烯这样一种简单而普通的材料。”

石墨烯是一种最简单的材料:它是碳原子的薄晶格。科学家们开始探索可能的应用，引发了对一个新领域的大量研究，该领域被命名为扭曲电子学，或“扭曲电子学”。

尽管石墨烯在某些方面是多么简单，但当它堆叠在这些扭曲的薄片中时，研究它是如何超导的却有些困难。例如，科学家们想要以微小的增量旋转床单，看看每次都会发生什么变化;但是石墨烯薄片倾向于相互粘在一起，如果被移动就会撕裂。

Chin的实验室和山西的研究小组之前已经设计了使用冷却原子和激光来复制复杂量子材料的方法，以便于研究——所以他们认为他们可以对扭曲的双层系统做同样的事情。

该团队与山西大学的研究人员合作，设计了一种创新的方法来“模拟”这些扭曲的晶格。他们把一种叫做铷的元素的原子冷却下来，然后用激光把它们组织成两个晶格，一个在另一个的上面。然后，为了帮助两个晶格相互作用，科学家们应用了微波。

这种组合奏效了。这种材料表现出“超流动性”——一种类似于超导性的特性，即粒子可以在不受摩擦影响的情况下流过它。利用该系统，研究人员在原子中观察到一种新形式的超流体，这要归功于调节两个晶格扭曲角度的能力。

通过改变微波的强度，科学家们发现他们可以控制两个晶格相互作用的强度。同时，他们可以很容易地用激光旋转这两个晶格。

“这使得它成为一个非常灵活的系统，”Chin说。“例如，有些人想要探索从两层扩展到三层甚至四层。这对我们的设置来说很容易做到。”

通过使用新的装置来探索这些扭曲的双层晶格，科学家们希望能够在电子新材料或量子技术中控制信息的方法上取得突破。

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