石墨烯，一种极薄的二维石墨层，比如我们使用铅笔时在纸上写字留下的薄薄的一层石墨。如果用一支很宽的木工用的铅笔，在一个平坦的纸板上涂抹一层，你会立即看到这一层有点闪闪发光。可是等过一段时间或温度发生了变化，你会发现这一层涂层不再闪闪发光，这是因为这一涂层变得凸凹不平不再那么反光。
类似的道理，极薄的二维石墨层当附着在平面上冷却时，会变得凸凹不平，形成漂亮的褶皱图案。这种凸凹不平的现象，在英文里称为：buckled，中文翻译为屈曲。这样被屈曲的石墨烯超晶格，即称为屈曲石墨烯超晶格，英文：buckled graphene superlattices，如下图所示，由于石墨烯的屈曲所产生的如层层山脉和山谷景观，亮的连接点是已减速并强烈相互作用的电子。
超晶格（英语：superlattice）指两种或多种材料构成的周期性交替层结构。通常每一层的厚度在几个纳米的数量级。20世纪初，人们通过X射线衍射发现了超晶格的现象。
在超晶格结构中，当两种薄层材料的厚度和周期长度小于电子平均自由程时，整个电子系统进入量子领域，产生量子尺寸效应。此时，夹在两个垒层间的阱就是量子阱（英语：quantum well）。
石墨烯超晶格的这种屈曲，在许多人看来很平常。一个由中国、美国、比利时、日本的物理学家们组成的研究团队，对屈曲石墨烯超晶格进行了深入具体的研究，他们的研究结果将有利于寻找新型量子材料和超导体。该最新研究成果论文，题为：“屈曲石墨烯超晶格中的平带和相关态的证据”，发表在了昨天的《自然》杂志上。
论文作者中有4为中国科学家，包括论文第一作者。论文主导之一、伊娃·安德烈（Eva Y. Andrei）是美国著名凝聚态物理学家、罗格斯大学（Rutgers University）资深教授。她的研究重点是由许多粒子的集体行为引起的物质的新兴特性，尤其是在低温和强磁场下的低维现象。
量子材料拥有具有特殊性质的强相互作用电子，例如纠缠的轨迹，可以为超快速量子计算机提供构建基础。它们还可以成为超导体，可以通过提高输电和电子设备的效率来降低能耗。
二维（2D）原子晶体可以响应外部影响（例如衬底方向或应变）从根本上改变其性能，从而在电子结构方面产生实质上新的材料。一个明显的例子是在双层石墨烯中为两层的取向之间的某些“魔术”扭曲角创建了平坦带。这些平带中的猝灭动能促进了电子与电子的相互作用，并促进了强相关相的出现，例如超导性和相关绝缘体。
但是，寻找扭曲双分子层石墨烯中出现平带的魔术角所需的精妙微调对制造和可扩展性提出了挑战。
研究团队提出了一种不涉及微调的创建平坦频带的替代方法。使用扫描隧道显微镜和光谱学以及数值模拟，证明了放置在原子平坦基底上的石墨烯单分子层可能会被迫经历屈曲转变，从而导致周期性调制的伪磁场。通过静电掺杂将费米能级带入这些平坦带中，观察到了态密度（DOS）的伪间隙状耗尽，这表明相关态的出现。
所描述的2D晶体屈曲方法提供了一种创建其他超晶格系统的策略，尤其是探索平坦带特有的相互作用现象的策略。
安德烈教授表示，“我们在石墨烯中发现的屈曲，模仿了当今大磁技术无法达到的巨大磁场的作用，导致材料的电子性能发生了巨大变化，”如石墨烯这样的坚硬薄膜的屈曲，作为可拉伸电子设备的平台正在获得广泛应用，该平台具有许多重要的应用，包括像眼睛的数码相机、能量收集、皮肤传感器、健康监测设备（如微型机器人和智能手术手套）。我们的发现为控制纳米机器人的设备的开发开辟了道路，这种设备可能有一天在生物学诊断和组织修复中发挥作用。”
屈曲的石墨烯晶体的性质在冷却时会发生根本性变化，从而创造出本质上具有电子的新材料，这些电子会放慢速度，彼此关联并发生强烈相互作用，从而使诸如超导性和磁性等令人着迷的现象出现。
弱分散的“平坦”谱带促进了强相关电子相的出现，这些相在高温下仍然可以生存。一个著名的例子是磁感应平带的兰道（Landau）能级序列，它可以承载相关的相位，例如分数量子霍尔态或磁感应维格纳晶体。
但是，磁感应的平带具有有限的适用性，因为破裂的时间反转对称性阻止了某些相关状态的出现，例如超导性。最近，微调的扭曲双层石墨烯微调到出现平带的“魔角”，引入了一个新平台来创建相关相。
研究人员探索了一条扁平带的替代路径，该路径不需要微调或打破时间反转对称性。该策略涉及通过利用在2D膜经历屈曲过渡时发生的能带结构重建来创建平坦带。刚性膜中的屈曲过渡通常是由平面内压缩应变触发的，该压缩应变可以在热循环过程中，由溶剂引起的毛细作用力或由基板引起的应力产生。超过临界应变值时，膜的屈曲会通过平面外变形而降低其弹性能，从而产生有趣的周期性应变模式（图b，c），其结构由边界条件和应变分布决定。
研究发现，在石墨烯中，屈曲引起的应变阵列会引起周期性的伪磁场，该伪磁场将低能带结构重构为一系列基本平坦的带。不像伪磁场的早期实现方式本质上大多是局部的，这里研究的屈曲转变在电子结构中产生了全球性变化，电子结构由一系列贯穿整个材料的平带组成。
研究分析表明，屈曲是由热循环过程中脊塌陷产生的压缩应变触发的。这会产生从1D到2D的各种屈曲图案，具有类似的纳米尺度周期，这表明对石墨烯与其衬底之间的晶格失配不敏感的通用屈曲机理。
这些发现表明，屈曲诱发的周期性应变模式提供了一种新的实验策略，以创建平坦带并以异常的灵活性诱导相关状态。屈曲结构的形状、周期和对称性可以通过实验上可调节的参数来控制，例如边界几何形状和应变分布，可以实现具有规定几何形状的平带。论文所描述的使2D晶体弯曲的方法，将可被广泛用于创建具有可控电子带结构的其他超晶格系统，以探索强相互作用和相关相的出现。
通过高科技成像和计算机模拟，科学家们发现，石墨烯放置在由二硒化铌制成的平坦表面上，当冷却至比绝对零值高4度时会发生屈曲。对于石墨烯中的电子，屈曲产生的山地和山谷状态表现为巨大的磁场。这些伪磁场是一种电子幻觉，但它们却充当了真正的磁场。她说：“我们的研究表明，二维材料的屈曲会极大地改变其电子性能。” “这将有利于纳米机器人和量子计算的应用前景。”