上海科技大学

北京大学刘开辉教授、卢晓波助理教授，上海科技大学柳仲楷研究员，苏州实验室丁峰教授，以及北京大学张志斌（共同第一作者）等合作，在 Science 上报道了一种台阶几何导向的外延生长策略，通过确定性地调控层间滑移，实现了纯相菱方石墨烯的制备。该团队使用镀有铜镍合金的台阶化蓝宝石表面，其台阶几何被精心设计，使石墨烯各层的层间滑移与取向角均倾向于形成菱方堆垛。

作者介绍了一种在双层石墨烯中构建的人工Kagome超晶格，通过对介电衬底进行纳米图案化处理，形成精确定义且可静电调控的周期势场。磁输运测量结果显示，在中等强度超晶格势场作用下，体系涌现出堆叠式相关绝缘态，这是Kagome诱导平带内强电子-电子相互作用的特征。随着温度升高，这些相关能隙逐渐坍缩，标志着相互作用驱动态的热抑制效应。连续模型计算证实了多个平带微带的形成，并复现了观测到的能带重构演化过程。我们的研究结果表明，介电图案化石墨烯超晶格可作为超越莫尔体系的鲁棒可控架构，用于实现平带诱导的相关现象。

在此研究中，作者使用扫描探针显微镜和光谱来探测三层和四层菱方石墨烯中的本征电子态。研究发现在四层菱方石墨烯中电荷中性点处能隙高达19 meV的关联绝缘态，这在三层菱方石墨烯和伯纳尔堆叠四层中是不存在的。通过施加垂直磁场或掺杂载流子密度来抑制该能隙，并且不会表现出谷间相干模式。将这一现象归因于对称性破缺层反铁磁态，其特征是最外层的亚铁磁序与它们之间的反铁磁耦合。

本研究揭示了三维扭曲石墨烯螺旋（TGS）系统中的极大磁阻（XMR）现象及其与金属-绝缘体转变的关系，提供了重要的科学启示。

双层石墨烯之所以具有如此优异的防腐性能，是因为它具有非同一般的金纳斯掺杂效应，其中重度掺杂的底层与铜形成了强烈的相互作用，限制了界面扩散，而近乎电荷中性的顶层则表现为惰性，减轻了电化学腐蚀。我们的研究可能会拓展铜在各种极端工作条件下的应用场景。

研究团队在超高真空的环境中，将由三个苯环组成的苯烯基纳米石墨烯构建成三种不同链接对称性的开壳纳米石墨烯自旋二聚体D1、D2、D3以及自旋三聚体T，并对其结构进行原子级精准的结构表征。

它涉及在单层石墨烯中可控地诱导褶皱形成，以及随后的褶皱折叠、撕裂和再生长。该过程的本质是形成交织的石墨烯螺旋，并将1D褶皱的手性角转换为3D超晶格的2D转角。该方法可以扩展到其他可折叠的2D材料中，并有助于生产小型电子元件，包括电容器、电阻器、电感器和超导体。

作者们发现，铂金表面生长的石墨烯会形成一定的褶皱，褶皱长大后向两旁倒下，并在一些位置撕裂形成一个四重的螺旋位错中心。褶皱倒下时会折叠其一侧的石墨烯，带来与褶皱的“手性”角（也就是褶皱的方向与石墨烯晶向的夹角）具有两倍关系的单层转角。作者们称之为“一维手性到二维转角的转化关系”，并利用折纸模型对该现象进行了形象的演示。

开发了两种不同的量子霍尔相，单层石墨烯中的朗道级在常规相中保持完好，但在界面耦合相中很大成都上失真。后一个量子霍尔相甚至在接近没有磁场的情况下也存在，随之而来的朗道量子化在位移场和磁场之间遵循抛物线关系。