原子般薄的扭曲石墨烯具有獨特的特性 可以推動量子計算的發展

研究人員描述了電子如何在二維層狀石墨烯中移動，這些發現可能引領未來量子計算平台設計的進步。 發表在《物理評論快報》上的新研究描述了電子如何在雙層石墨烯的兩種不同結構形態中移動，雙層石墨烯是碳的原子厚度形式。

新的合作研究描述了電子如何在雙層石墨烯（碳的原子厚度形式）的兩種不同配置中移動。這些結果提供了研究人員可以用來在未來設計更強大和安全的量子計算平台的見解。

這項研究是布魯克海文國家實驗室、賓夕法尼亞大學、新罕布什爾大學、石溪大學和哥倫比亞大學合作的結果，提供了研究人員可以用來在未來設計更強大和安全的量子計算平台的見解。

“今天的計算機芯片是基於我們對電子如何在半導體，特別是硅中移動的瞭解，“第一作者和共同通訊作者、布魯克海文大學的博士後Dai Zhongwei説。“但是硅的物理特性正在達到一個物理極限，即可以製造多小的晶體管，以及一個芯片上可以容納多少個。如果我們能夠理解電子如何在二維材料的縮小尺寸中以幾納米的小尺度移動，我們也許能夠解開另一種利用電子進行量子信息科學的方法。”

當一種材料被設計成這些小尺度，達到幾納米大小時，它將電子限制在一個尺寸與自身波長相同的空間，導致材料的整體電子和光學特性發生變化，這一過程被稱為量子限制。在這項研究中，研究人員使用石墨烯來研究電子和光子（或光的粒子）的這些禁錮效應。

這項工作依賴於賓大和布魯克海文獨立開發的兩項進展。賓夕法尼亞大學的研究人員，包括查理·約翰遜實驗室的前博士後、現就職於香港中文大學的Gao Zhaoli使用一種獨特的梯度合金生長基質來生長具有三種不同領域結構的石墨烯：單層、貝納爾疊層和扭曲的雙層。然後，石墨烯材料被轉移到布魯克海文開發的一種特殊基底上，使研究人員能夠探測該系統的電子和光學共振。

研究人員能夠檢測到電子和光學層間共振，並發現在這些共振狀態下，電子在2D界面上以相同的頻率來回移動。他們的結果還表明，在扭曲的配置中，兩層之間的距離明顯增加，這影響了電子如何因為層間相互作用而移動。他們還發現，將其中一個石墨烯層扭曲30°也會將共振轉移到一個較低的能量上去。用旋轉的石墨烯製成的設備可能具有非常有趣和意想不到的特性，因為電子可以在其中移動的層間間距增加。

在未來，研究人員將利用扭曲的石墨烯製造新的設備，同時在這項研究結果的基礎上，觀察向層狀石墨烯結構添加不同的材料如何影響下游的電子和光學性能。