由哥廷根大学领导的一个国际研究小组最近在天然双层石墨烯的高精度研究中发现了新量子效应，并与德克萨斯大学达拉斯分校的理论学家一起利用他们的理论对其进行了解释。这项研究为电荷载体和不同阶段的相互作用提供了新的见解，并有助于理解所涉及的过程。慕尼黑大学和日本筑波的国立材料科学研究所也参与了这项研究。他们的研究成功已发表在《自然》杂志上。

2004年，一个英国研究小组首次发现了这种名为“石墨烯”的新型材料，它是一种极薄的碳原子层。在它的那些不寻常特性中，石墨烯以其极高的导电性而闻名。如果两个单独的石墨烯层以非常特定的角度相互扭曲，这个系统甚至就会变成超导，即在没有任何电阻的情况下导电，并表现出其他令人兴奋的量子效应，例如磁性。然而，到目前为止，这种扭曲双层石墨烯的生产需要更多的技术努力。

这项新颖的研究使用了天然形式的双层石墨烯，因此不需要复杂的制造过程。首先，研究人员在实验室中使用简单的胶带将样品从一块石墨中分离出来。为了观察量子力学效应，哥廷根大学的研究团队随后施加了一个垂直于样品的高电场：这样系统的电子结构发生了变化，并且发生了具有相似能量的电荷载流子的强烈积累。

在略高于-273.15摄氏度的绝对零度温度下，石墨烯中的电子可以相互作用——各种复杂的量子相完全出乎意料地出现。例如，相互作用能导致电子的自旋对齐，使材料具有磁性，而且无需任何其他的外部影响。通过改变电场，研究人员可以不断改变双层石墨烯中电荷载流子的相互作用强度。在特定条件下，电子的运动自由度可能会受到限制，以至于它们会形成自己的晶格，并且由于它们相互排斥的相互作用而不再有助于传输电荷，因此这样的系统变成了电绝缘体。

哥廷根大学物理系的Thomas Weitz教授和博士生Anna Seiler说：“未来的研究我们会专注于进一步研究量子态。为了能支持其他应用，例如量子计算机等新型计算机系统，研究人员需要找到如何在更高的温度下实现这些结果。不过，在我们的新研究中开发当前系统的一个主要优势在于材料制造的简单性。”（编译:Qtech）