一年多前，麻省理工学院的研究人员发现了叠加石墨烯薄片的“magic angle（魔角）”，震惊了整个物理世界。现在，加州理工学院的研究人员利用扫描隧道显微镜直接观察和研究了这种材料，这种扫描隧道显微镜可以在原子长度的尺度上成像电子特性。
理解“魔角”——叠加石墨烯之间产生特殊电性能的特定方向——可以为实现室温超导体的梦想铺平道路，这种超导体可以在产生零热量的同时传输巨大的电流。
但首先:这个“魔角”是什么?假设你取两张石墨烯薄片(单原子厚的碳原子晶格)，将其中一层叠在另一层之上，形成双层材料，然后将其中一张石墨烯薄片扭曲，使它们的方向相互转换。随着取向的改变，双层材料的电子性质也会发生变化。2018年初，麻省理工学院的研究人员发现，在一定的方向上(大约1.1度的相对扭转)，双层材料出人意料地变成了超导材料，而且超导性能可以通过电场来控制。他们的发现开启了一个新的研究领域，即神奇的角取向石墨烯，被称为“缠绕学”。
加州理工学院(Caltech)的工程师和物理学家在这一发现的基础上，绘制了一幅“魔角”扭曲石墨烯的原子结构和电子特性的图像，通过提供一种更直接的研究方法，对这一现象产生了新的见解。8月5日，一篇关于他们工作的论文发表在《自然物理》杂志上。
研究“魔角”需要极高的精确度，才能使两片石墨烯以正确的角度对齐。旧的技术需要将石墨烯嵌入绝缘材料中，这有一个不幸的副作用，阻止了对样品的直接研究。相反，研究人员不得不使用间接的方法来探测石墨烯样品——例如，通过测量电子是如何流经石墨烯的。物理学家们开发了一种新方法，可以制造出一种“魔角”扭曲石墨烯样品，这种样品可以用来非常精确地对齐两层石墨烯，同时让石墨烯暴露在外面直接观察。
利用这项技术，研究人员可以了解更多关于这种材料在特定角度下的电子特性，以及当扭转角远离“魔角”时这些特性如何变化。他们的工作提供了几个关键的见解，将指导未来的理论建模和实验，包括观察到电子相关性在电荷中性点附近发挥着重要作用，电荷中性点是双分子层处于电子中性的角度。
以前，人们认为相关效应在电荷中性中并不起主要作用。对这样的样本进行更仔细、更详细的研究，可以帮助我们解释为什么在“魔角”附近存在奇异的电子效应。一旦我们知道了这一点，我们就可以为它的应用铺平道路，甚至有一天可以实现室温超导。