一個國際研究小組在《自然-物理學(xué)》上報告了當(dāng)紅外光照射時，光和電子如何在材料中協(xié)同運(yùn)動。當(dāng)兩層石墨烯一層放在另一層上面，并在它們之間扭曲一個非常小的角度時，就會形成一個“摩爾紋”，事實(shí)證明該系統(tǒng)的物理特性會發(fā)生巨大的變化。特別是，在1度的“神奇”角度附近，電子的速度急劇下降，有利于電子之間的相互作用。這種相互作用在扭曲的雙層石墨烯中產(chǎn)生了一種新型的超導(dǎo)性和絕緣性相。

　　伴隨著在過去三年中發(fā)現(xiàn)的許多其他迷人的特性，這種材料已被證明顯示出極其豐富的物理現(xiàn)象，但重要的是，它已被證明是一種易于控制的量子材料。現(xiàn)在，盡管這種碳制材料表現(xiàn)出了這種驚人的多樣化狀態(tài)，但扭曲的雙層石墨烯和光之間的相互作用在理論層面上被證明具有迷人的結(jié)果，但到目前為止還沒有實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_顯示這種相互作用是如何進(jìn)行的。

　　發(fā)表在《自然-物理學(xué)》上的一項(xiàng)工作中，ICFO的研究人員Niels Hesp、Iacopo Torre、David Barcons-Ruiz和Hanan Herzig Sheinfux在ICREA教授Frank Koppens的幫助下，與Pablo Jarillo-Herrero教授的研究小組合作，研究了石墨烯與光之間的關(guān)系。Pablo Jarillo-Herrero（麻省理工學(xué)院）、Marco Polini（比薩大學(xué)）、Efthimios Kaxiras（哈佛大學(xué)）、Dmitri Efetov（ICFO）和NIMS（日本）的研究小組合作，發(fā)現(xiàn)扭曲的雙層石墨烯可用于引導(dǎo)和控制納米級的光線。這是可能的，這要?dú)w功于光和材料中電子的集體運(yùn)動之間的互動。

　　通過利用質(zhì)子的特性，即電子和光作為一個相干的波一起運(yùn)動，科學(xué)家們能夠觀察到質(zhì)子在材料中的傳播，同時被強(qiáng)烈地限制在材料中，直至納米級。此外，通過觀察材料中發(fā)生的不尋常的集體光學(xué)現(xiàn)象，他們能夠理解電子的類型特殊屬性。這種對局限在納米級的傳播光的觀察，可以作為對氣體和生物分子進(jìn)行光學(xué)感應(yīng)的平臺。

　　為了獲得這一發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)使用了一臺近場顯微鏡，它可以以20納米的空間分辨率探測光學(xué)特性，這一分辨率超越了衍射極限。簡而言之，科學(xué)家們?nèi)×藘蓪邮阉鼈円粋€放在另一個上面，同時把它們扭轉(zhuǎn)到接近神奇的角度，然后在室溫下，用紅外光照亮材料的一個納米級點(diǎn)。他們看到質(zhì)子的行為與通常的質(zhì)子非常不同，例如在金屬或石墨烯中的質(zhì)子，這種偏差與雙層石墨烯的moiré超晶格中電子的特殊運(yùn)動有關(guān)。

　　這項(xiàng)工作為在低溫下對扭曲的雙層石墨烯的奇異相位進(jìn)行納米光學(xué)研究奠定了第一塊基石。特別是，它證明了扭曲的雙層石墨烯是一種非凡的納米光子材料，特別是由于它不需要外部電壓就可以激發(fā)。