自从石墨烯在2004年首次被分离和表征以来，研究人员一直在探索使用这种原子级薄纳米材料的方法，因为它具有高拉伸强度和导电性等独特特性。

近年来，由两片石墨烯扭曲成特定“魔角”角度制成的扭曲双层石墨烯已被证明具有超导性，这意味着它可以以非常小的电阻导电。然而，由于制造扭曲双层石墨烯的产量非常低，使用这种方法制造器件仍然具有挑战性。

现在，一项新的工作研究了单层石墨烯的图案化、周期性变形是如何将其转化为一种具有电子特性的材料的，这种特性以前只在扭曲的双层石墨烯中看到过。这个系统还在边界处有其他意想不到的和有趣的导电状态。通过更好地了解单片石墨烯在受到周期性应变时如何产生独特的性质，这项工作有可能为在未来创造出的轨道磁体和超导体等量子器件打下基础。

该研究成果发表在最近的《物理评论快报》上，它由宾夕法尼亚大学艺术与科学学院物理与天文学系的研究生Võ Tiến Phong和Eugene Mele教授进行。

复杂扭曲双层方法的一种替代方法是使用单层石墨烯，这些石墨烯被放置在精心设计的被称为“钉床”的基板上，它会以周期性的方式施加外力或应变。为了更好地理解这个系统的量子几何特性，Mele和Phong着手理解电子在这个单层系统中如何移动的理论。

在对单层实验进行计算机模拟后，研究人员惊讶地发现，材料表面出现了意想不到的现象，但只是在一侧有。Mele说：“通常，整体拓扑与表面特性相关联，在这种情况下，所有表面都会继承该特性。而在我们的实验中，一侧有边缘模式而另一侧没有的事实让我觉得非常不寻常。”

这一发现是出乎意料的，因为在这个系统中，当系统应变时产生的平均伪磁场为零，即一个区域为正，另一个区域为负，研究人员假设这可以抵消任何独特的现象。Phong说：“如果磁场为零，你可能不会得到任何有趣的物理学。相反，我们发现即使平均磁场为零，它仍然会给你带来一些有趣的边缘物理现象。”

为了解释这个意想不到的结果，Phong仔细研究了一个类似的实验系统，其中的单片石墨烯被弯曲以模拟常数而不是周期性应变诱导场。他发现该系统具有相同的拓扑指数，这意味着只会在材料的特定侧面发展的边缘态也会出现。Phong说：“这里的物理学是相似的，似乎是对我们正在研究的现象的一种正确解释。”

总的来说，这项研究预测，它类似于在扭曲双层石墨烯中发现的扁平带，是通过将原子薄的单层石墨烯沉积到钉床基板上而产生的，该基板会在石墨烯片上引起周期性变形。

研究人员已经在对这些单层系统进行更深入的了解。他们的进一步研究途径是与助理教授Bo Zhen合作，利用光波研究同样的现象。研究人员还有兴趣了解扭曲双层石墨烯中存在的其他独特特性是否也可能出现在这种单层系统中。（编译:Qtech）