Pablo Jarillo-Herrero在2022年Mildred S. Dresselhaus讲座上说:“我们刚刚触及了moiré量子物质宇宙的表面。”Jarillo-Herrero是麻省理工学院物理学的Cecil和Ida Green教授，处于moiré量子系统科学探索的前沿，在那里，相关物理、超导和物质的其他阶段可以以前所未有的可调性进行研究。

在11月22日的演讲中，Jarillo-Herrero向200多名现场和虚拟观众介绍了魔角石墨烯，moiré量子物质的兴起，以及接下来的事情，他的灵感来自麻省理工学院已故教授Mildred Dresselhaus。

“我是米莉的超级粉丝，被选中真的很荣幸，”贾里洛-埃雷罗开始说，他解释说，他是在阅读了Dresselhaus和另外两人合著的《富勒烯和碳纳米管的科学》(Science of Fullerenes and carbon nanotubes)后选择攻读碳纳米管博士学位的。快进到十年后，贾里洛-埃雷罗在麻省理工学院与人共同主持Dresselhaus的80岁生日派对。“我从没想过我会成为米莉的同事。她的办公室就在我的楼上，”他注意到，向上瞥了一眼。“我总是坐在那里想，‘米莉会怎么做?’”

研究强相关的量子材料

Jarillo-Herrero说，研究量子材料有两个传统平台。物理材料由原子周期性地定位在1埃(0.1纳米)尺度的晶格中，冷原子被困在光学诱导晶格中，其中原子之间的典型空间是1微米(1000纳米)。截至2018年，还有第三个平台正好落在中间——moiré量子物质。

在过去的几年里，使用moiré量子物质作为调整原子相互作用的平台，物理学家已经实现了凝聚态物理学的许多(如果不是全部的话)相——相关绝缘体、拓扑相、向列性、超导性、磁性、moiré铁电性和奇怪的金属等等——只使用两到三张二维材料(只有一个原子厚)相互堆叠。

魔角石墨烯简介

石墨烯就是这样一种二维材料，由单层键合碳原子组成。一堆石墨烯薄片，每一薄片的原子方向完全对齐，就形成了石墨——用于铅笔的材料。Jarillo-Herrero的突破在于提出了这样一个问题:“如果你把石墨烯放在石墨烯上并旋转它，会发生什么?”

答案是，在真实空间中，你会形成一个moiré模式，因为顶部石墨烯薄片上的原子现在只会偶尔与底部石墨烯薄片上的原子位置匹配。根据角度的不同，两个石墨烯层的原子相互匹配的周期性将发生变化。在1.1度的“神奇”扭曲角下，两片石墨烯薄片的系统成为探索宇宙运行的平台。

“当你制造这些设备时，奇迹就开始发生了，”贾里洛-埃雷罗解释道。Jarillo-Herrero解释说，在两片石墨烯的特定扭曲角度下，在一定的掺杂密度下(特别是每个moiré单元格有两个电子)，系统就变成了一个相关的绝缘体。然后，在每个moiré单元格中再增加一小部分电子，系统就从绝缘体变成超导体了。”

理论海啸

2018年贾里洛-埃雷罗领导的团队在魔角石墨烯中发现超导后，科学界深入研究了moiré量子物质。

除了成功重现Jarillo-Herrero团队的结果，世界各地的物理学家开始测量超导启动的临界温度，测试当你对设备施加压力时会发生什么，甚至创建量子扭曲扫描隧道显微镜。从那以后，人们又发现了其他几个相关体系，比如Jarillo-Herrero在2021年报道的世界上最强的超导体——魔角扭曲三层石墨烯。

“对我来说最大的满足之一，”他说，“是这个moiré量子物质意味着几个现代凝聚态物理社区的合并——二维范德华材料和异质结构，强相关材料，和拓扑凝聚态物理。所有这些类型的物理和系统汇集在moiré量子物质中。”

Moiré超越石墨烯的魔法

Jarillo-Herrero解释说，使用晶体对称的相同工程技巧可以应用于许多其他堆叠的2D材料。他描述了最近关于双层氮化硼铁电性的发现，他的团队从非铁电性的物质中制造出了铁电性。通过打破六方氮化硼的自然180度堆叠，而在0度堆叠，他们创造了一种可切换的铁电，可以在室温下工作，而且坚固稳定。

此外，moiré magic正在扩展到扭曲的2D材料之外。物理学家正在研究扭曲的冷原子晶格、扭曲的声子学、扭曲的光子学(可以减慢光速)、扭曲的电化学和催化，甚至moiré重力。

演讲结束后，Jarillo-Herrero回答了观众关于最小特征尺寸、下一个要堆叠的材料和实际应用的问题。

麻省理工学院院长弗拉基米尔·布洛维奇(Vladimir bulovic)说:“似乎每天的每一刻，每个月，在moiré固体的扭曲选项中，都有另一个角度可以追求。”纳米和Fariborz Maseeh新兴技术教授。“如果你能想象有一天，麻省理工学院有一个2D材料铸造厂。纳努，我们开始看到什么了?”

Jarillo-Herrero回答说:“在制造设备的容易程度方面存在障碍。”“如果我们有一个量子铸造厂，可以将许多部件和过程自动化，这些部件和过程涉及到可靠地制造这些结构，具有高可重复性，并且全部相同，我认为这将极大地扩展基础科学。我们有无限的可能性;手动操作成本非常高。如果我们能做出数百种变化，就应用的可能性而言，我们将取得很大的进步。”

向Mildred S. Dresselhaus致敬

Jarillo-Herrero是麻省理工学院组织的年度Dresselhaus讲座的第四位演讲者。纳米是为了纪念已故麻省理工学院物理和电子工程教授米尔德里德·德莱斯豪斯。讲座的特色是来自世界各地的演讲者，他们的领导力和影响力与米莉的生活、成就和价值观相呼应。

最后，贾利略-埃雷罗分享了米莉的一句话，这句话也在康奈尔大学教授保罗·麦克尤恩2019年的就职演讲上分享过:“追随你的兴趣，获得最好的教育和培训，把眼光放高，坚持不懈，灵活变通，保持选择的开放性，接受帮助，并准备帮助他人。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。