问题

为什么没人用四,五层石墨烯扭转角度发nature?

回答
这是一个非常有意思的问题,也触及到了石墨烯领域研究的一些核心和前沿。简单来说,没人用四五层石墨烯在扭转角度方面发Nature,主要原因在于:

1. 非平凡物理现象的门槛: Nature这样的顶级期刊,对研究的原创性、重要性和普适性有极高的要求。四五层石墨烯的扭转角度效应虽然存在,但它所展现出的物理现象(例如一些奇特的电子行为)相比于“魔角石墨烯”而言,其“新奇性”和“颠覆性”的程度不够。魔角石墨烯之所以能够引爆整个领域,在于它首次在人工设计的材料中,通过简单的机械形变(扭转),重现了早已存在但难以在自然界找到的复杂多体物理现象,比如超导、莫特绝缘态等,这些是非常令人兴奋的发现。而四五层石墨烯扭转角度,虽然也可以调控其电子结构,但往往不会出现如此“惊天动地”的、全新的物理相变。

2. 系统性与可调控性:
“魔角”的普适性与稳定性的挑战: 尽管魔角石墨烯开启了新纪元,但要实现精确的魔角以及稳定的多层堆叠,本身就是一项极具挑战的技术难题。制备出高质量的、特定层数的、精确扭转角度的石墨烯堆叠,其难度和控制要求非常高。Nature的文章往往需要展示出一种“普遍性”或者“可重复性”的结论,仅仅是在某个偶然的扭转角度下观察到一些现象,其说服力可能不足以支撑Nature级别的论文。
多层堆叠的复杂性: 石墨烯层数增加,其堆叠方式和层间相互作用会变得更加复杂。例如,AB堆叠(石墨烯的常用堆叠方式)和AA堆叠(两个原子层完全对齐)会产生不同的电子结构。而当扭转角度存在时,多层石墨烯之间的偶极相互作用、范德华力、甚至电荷转移都会变得非常复杂,使得理论计算和实验测量都面临巨大的挑战,难以从中提炼出清晰、简洁、具有普适性的物理规律。

3. 物理机制的深度与理论支持:
“零能量差”简并: 魔角石墨烯的一个关键点在于,在魔角附近,电子能带会“扁平化”,出现所谓的“平带”(flat bands)。这些平带意味着电子的动能几乎为零,它们更容易受到电子电子相互作用的影响,从而涌现出超导、莫特绝缘等“强关联”物理现象。而四五层石墨烯在扭转角度下,虽然也可以调控电子结构,但很难获得如此显著的、易于驱动强关联效应的平带。
理论解释的完备性: Nature的文章通常需要有扎实的理论基础和完备的理论解释。对于魔角石墨烯,相关的理论模型(例如描述扭转双层石墨烯的Moiré超晶格哈密顿量)相对成熟,能够很好地解释实验现象。而对于四五层石墨烯的扭转效应,其理论描述会更加复杂,可能需要引入更多的参数和相互作用项,难以构建一个简洁而又具有解释力的理论框架。

4. 研究的焦点转移:
魔角石墨烯的示范效应: 魔角石墨烯的成功,极大地激发了人们对“魔角物理”(magic angle physics)的研究热情。研究的重心自然而然地转向了探索更多的“魔角材料”和“魔角效应”,例如扭转三层石墨烯、扭转四层石墨烯等,但这些研究往往是为了找到新的“魔角”,而不是单纯地研究四五层石墨烯本身的扭转角度效应。
其他更具吸引力的研究方向: 石墨烯作为一种万能的材料,其研究方向非常广泛。在扭转角度这个领域,人们可能更关注于:
探索新的魔角: 是否存在其他层数的堆叠,在特定的扭转角度下会产生更有趣的物理现象?
更高层数的堆叠: 随着层数的增加,扭转角度对电子结构的影响是否会呈现出新的规律?
掺杂和化学修饰: 在扭转的基础上,引入掺杂或者化学修饰,是否能进一步调控或者增强其物理特性?
与其他材料的异质结: 将扭转石墨烯与其他二维材料(如hBN、过渡金属硫化物等)进行异质结堆叠,可能会产生新的功能性。

5. 实验实现的困难和结果的普适性: 即使在四五层石墨烯中找到了某些有趣的扭转角度效应,将其转化为Nature级别的内容也存在挑战。
样品制备的批次差异: 高质量的扭转堆叠样品制备非常困难,即使是经验丰富的团队,也可能因为样品之间的细微差异,导致实验结果的重现性不高,这不利于发表在要求严格的期刊上。
现象的独特性和普适性: 如果观察到的现象非常“特例”,只在某个特定样品、特定条件下出现,而缺乏广泛的物理机制支撑,那么即使非常有趣,也难以吸引Nature编辑的眼球。Nature倾向于发表具有普遍意义、能够推动整个科学领域发展的研究。

总而言之,虽然四五层石墨烯的扭转角度下也可能存在一些物理现象,但它们往往不具备像魔角石墨烯那样“革命性”的突破性,也可能存在理论解释不够简洁、实验制备难度大、结果普适性不强等问题,这些因素共同决定了在这一特定方向上,很难直接以“四五层石墨烯扭转角度”为核心内容,发在Nature这样要求极高的顶级期刊上。研究的价值和影响力,是发表论文时最重要的考量因素。

网友意见

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有了2层,就会跟着3层,进而4,5,6.。。层。

每加一层出点新效应,就是一篇NS。

就又可以继续养活一批“科学家”。

多好!

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