双层转角石墨烯的扫描隧道显微镜图像，展示了石墨烯的原子晶格（左图）和魔角石墨烯的莫尔超晶格（右图）。（图片来源：Kevin Nuckolls, Yazdani Group, Princeton University）

双层魔角石墨烯 (MATBG) 由两个单层石墨烯以特定角度扭转形成，是近年凝聚态物理方向的重要前沿材料之一。MATBG具有一系列有趣的量子相，但科学家对这些量子相出现的原因却知之甚少。美国普林斯顿大学主导的研究团队使用高分辨率扫描隧道显微镜对MATBG的几个量子相的微观基础首次进行了精确成像，相关成果近日发表在《自然》(Nature)上。

2018年，美国麻省理工学院的研究者首次发现双层转角石墨烯在一定情况下会表现出超导性。由于内部复杂的电子相互作用，这种材料表现出绝缘态、磁态和超导态等新颖的量子物理态。为了产生这些量子效应，研究者需要将两层石墨烯叠在一起，并将顶层略微旋转，但相对转动的角度必须是精确的1.1度，这就是引起电子强关联作用的“魔角”。研究者用量子隧道技术清楚地观察样品产生量子相的微观结构，测量结果被转化为高分辨率的图像。这项研究的关键在于突破性地制备出表面无缺陷的石墨烯样品，对样品表面电子的波进行成像能够揭示电子间相互作用的确切形式。这项实验有助于验证现存的理论模型，并帮助研究人员理解未来的新型特殊材料。（PRINCETON UNIVERSITY）