由香港大学（港大）和香港科技大学（科大）共同领导的国际研究团队，最近在量子材料领域上取得了突破性发现，揭示了扭转双层石墨烯中的可控非线性霍尔效应，为二维量子莫尔材料的独特性质提供了新的线索，并有望在新材料和量子信息等行业中广泛应用，以实现室温下超高灵敏度的太赫兹检测（Terahertz Detection）。这些发现已经在著名物理学期刊《物理评论快报》上发表，并且获得编辑推介。

研究团队成员包括港大物理学系博士研究生张栩及其导师孟子杨博士，以及科大王宁教授及其博士后研究员黄美珍和吴泽飞（现为英国曼彻斯特大学副研究员），还有美国密芝根大学的孙锴教授。团队结合理论、计算和实验进行了深入的研究，发现通过调整扭转双层石墨烯中拓扑平带的色散，可以轻松控制和操纵在霍尔效应中起关键作用的贝里曲率偶极矩(Berry Curvature Dipole)。

研究人员通过垂直施加的电场，发现扭转石墨烯中平带的色散可以轻易地被控制和操纵，并且在施加横向驱动电流时在纵向上观察到明显的非线性电压响应。响应随外加场、应变和扭转角的调整而变化显著，表现出增加、减少和方向的改变。这些实验观察证实了非线性运输行为（Nonlinear Transport Behaviour）对拓扑平带中贝里曲率热点（Berry Curvature Hotspots）滑动的敏感性，并可以通过理论计算得到完美的解释。

研究人员还研究了摩尔势（Moiré Potential）和扭转角在扭转双层石墨烯可控非线性霍尔效应中的作用。他们发现，摩尔势的强度在确定观察到的非线性响应的大小方面起着关键的作用。通过改变石墨烯层之间的扭转角，研究人员能够操纵摩尔势，从而控制非线性运输行为。

在扭转双层石墨烯中展示的可控非线性霍尔效应对于在新的实验平台中实现量子霍尔材料和非线性霍尔效应具有巨大的潜力。与传统电子器件不同，石墨烯中的非线性霍尔效应由低频电流驱动，没有电压阈值或转换时间限制。这为使用低频电流的倍频和整流应用，尤其是在太赫兹频率范围内实现室温下的显着响应和超高灵敏度开辟了可能性。

团队在扭转双层石墨烯中发现了可控的非线性霍尔效应，此发现代表了量子材料领域的重大进展，同时为凝聚态物理、新材料和量子信息领域进一步的探索和应用铺路。此研究还证明了学术机构间合作的重要性，强调了跨领域合作在推动科学知识边界方面的显著作用。

本研究获香港研究资助局卓越领域计划（AoE 2D材料）及协作研究基金（CRF量子莫尔材料研究的多体范式）资助，突显香港政府在二维量子材料，尤其是量子莫尔材料如扭转石墨烯等研究方面的支持。本研究进行的大规模数值计算均在港大资讯科技服务高性能计算平台HPC2021和港大物理系的「黑体」超级计算机上进行的。