麻省理工学院和哈佛大学的研究人员有了新的发现。石墨烯可以通过调整变成绝缘体或者超导体。过去，研究人员通过将石墨烯与其他超导材料结合来合成石墨烯超导体。这种结构使得石墨烯具有一定的超导特性。但是最新的研究表明，石墨烯本身可以实现超导，证明了纯碳基材料也是超导的。

令人惊叹& ldquo魔角& rdquo

研究人员创造了两个堆叠在一起的石墨烯片。超晶格& rdquo结构来实现此属性。石墨烯片并没有完全叠加，而是以特定的角度(研究人员称之为& ldquo魔角& rdquo)，即旋转1.1度(如上图右侧所示)。从而形成精确的莫尔结构，可以使石墨烯片层之间的电子发生强烈的相互作用。在任何其他堆叠结构中，石墨烯很少与相邻的电子相互作用。

研究人员发现，当这个& ldquo魔角& rdquo旋转时，两片石墨烯不导电，类似莫特绝缘体。当研究人员施加电压，在石墨烯超晶格中加入少量电子后，会发现在一定程度上，电子突破了初始的绝缘状态，形成电流，没有电阻，就像超导体一样。& ldquo现在，我们可以用石墨烯作为研究超常超导的新平台。& rdquo研究人员说。人们还可以想象用石墨烯制作超导晶体管，可以通过从超导到绝缘体的开关来控制。这为量子器件提供了很多可能性。& rdquo

什么是莫特绝缘体？

绝缘体的能带被电子完全覆盖，而金属等导体的能带被部分填充，电子可以自由填充剩下的空能带。莫特绝缘体与这两者不同。从其能带结构可以导电，但测量时表现出绝缘体的特性。也就是说，虽然它们的能带是半填充的，但是由于电子之间的静电相互作用(比如同种电荷相互排斥)，材料是不导电的。半填充带基本分裂成两个平坦的能带，其中一个完全被电子占据，另一个是空，由此可见绝缘体的本质。

& ldquo这意味着所有的电子都不能流动，所以它是绝缘体& rdquo研究人员解释道。& ldquo绝缘体为什么重要？资料显示，大多数高温超导体的母体化合物都是莫特绝缘体。& rdquo换句话说，科学家已经找到了一种方法，可以在大约100K的温度下将莫特绝缘体变成超导体。研究人员用氧气来& ldquo吸& rdquo莫特绝缘体，氧原子把电子吸出莫特绝缘体，留下更多空空间让剩余的电子流动。有了足够的氧气，绝缘体可以变成导体。

如何准备& ldquo魔角& rdquo石墨烯与结构

在研究石墨烯的电子性质时，研究人员开始研究简单的石墨烯叠层。研究人员首先从石墨上剥离一片石墨烯，然后用涂有粘性聚合物和一层氮化硼绝缘层的玻璃片小心翼翼地剥离一半，从而制造出两个超晶格。然后他们轻轻地转动玻璃片，拿起石墨片的第二部分，贴在第一半上。通过这种方式，他们得到了超晶格的偏移结构，这与石墨烯原来的蜂窝状晶格完全不同。

研究人员重复了几次这个实验，并制作了几个设备来制作0-3 & deg；旋转不同的角度来测量电流。如果旋转角度下降0.2度所有物理现象消失，没有超导体或莫特绝缘体出现，所以旋转角度必须非常精确地对准。

1.1度被视为& ldquo魔角& rdquo研究人员发现，石墨烯超晶格电子类似于扁平带状结构，就像莫特绝缘体一样。不管动量是多少，所有的电子都携带相同的能量。研究员说:& ldquo想象一辆车的动量是质量乘以；速度，如果你以30迈的速度行驶，汽车会有一定的动能。如果以60迈的速度行驶，这个动能会更高。我们现在有的是想象，无论速度是30，60还是100英里每小时，我们都有相同的能量。& rdquo对于电子来说，这意味着即使占据了半满的能带，一个电子的能量也不比其他任何一个电子的能量多，在这个能带内运动是不够的。因此，即使这样的半填充能带结构应该像导体一样，但它显示出绝缘体的特征，更具体地说，是莫特绝缘体。

放& ldquo魔角& rdquo石墨烯在超导体中的结构。

研究人员从前面的结论中得出了这样的想法:如果他们能够在这些类似于Mott绝缘体的超晶格中加入电子，就像在Mott绝缘体中掺杂氧气使其成为超导体一样，那么石墨烯是否会反过来表现出超导特性？为了找到答案，他们对“大脑”施加了一个小的触发电压神奇的石墨烯超晶格& rdquo，其中加入了少量的电子。因此，单个电子与石墨烯中的其他电子结合，可以流动。在这个过程中，研究人员继续测量材料的电阻，但发现当他们加入一定量的小电子时，电流并没有像超导体一样失去能量。

更重要的是，研究人员可以在同一个设备中将石墨烯变成绝缘体或超导体，或者介于两者之间的任何相。这与以前的其他方法形成了鲜明的对比。在过去，科学家需要准备和操作数百个单独的晶格，每个晶格只能在一个电子相中操作。

也就是说，研究人员可以通过研究石墨烯获得绝缘体、超导体以及任何中间相的物理信息。目前还没有其他材料具有这种性质。