当年被多次拒稿，如今发Nature走“VIP通道”，这个神奇材料将成下个诺奖热门？

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其实 Castro Neto 本可以发现这一结果。 2007 年他提出猜想，把两层石墨烯用不对齐的方式压在一起可能产生一些新的性质。 （他后来又猜想，石墨烯在一些特定条件下可能变成超导体。“我就是从未把两个想法放在一起，”他伤感地说道。）

美国和欧洲的几个团队很快开始了对旋转双层石墨烯性质的研究。2011 年，得克萨斯大学奥斯汀分校 （University of Texas, Austin） 的理论物理学家 Allan MacDonald 极力呼吁他的同事寻找石墨烯在一个特定的“魔角”下有趣的表现。像这个方向的其他理论物理学家一样，MacDonald 一直专注研究两层石墨烯的不重合如何产生角度依赖的摩尔条纹 （moiré pattern） ——这是一种相对巨大的周期网格，每个由双层石墨烯的数千个晶格组成。其他人一直在与巨大的算法复杂度作斗争，以确定在摩尔条纹的每个晶格中一个电子如何受到数千个原子的影响，而 MacDonald 突然想出一个简化的概念。

MacDonald 认为， 摩尔条纹中的晶格可能具备一种严格随旋转角度改变的性质，或多或少地独立于组成它的原子的细节。 这种性质非常关键——具体而言，它指的是晶格中的自由电子为穿过两层石墨烯必须获得或失去的能量值。这种能量差异经常足以成为层间隧穿的障碍。但 MacDonald 通过计算得出，当旋转角从较大度数开始缩小时，隧穿能量会减小，最终在 1.1 度时完全消失。

石墨烯的“魔法图样”：石墨烯是由单层碳原子构成的扁平结构，其中碳原子排成了蜂窝状。如果将两层石墨烯叠起来，然后将它微微旋转，晶格就会自然构成摩尔条纹。而当两层石墨烯之间的偏转角度恰好是 1.1 度（误差容许量仅为一度的几分之一），它就会表现出不同寻常的性质，包括超导。 （左下）摩尔条 纹体现了碳原子构成的六边形结构。 图片来源： Quanta Magazine

当遂穿能量变小时，层中的电子会减速，并产生较强的相互作用。 MacDonald 当时还不清楚接下来会发生什么。他猜测，或许高传导性的石墨烯层会变成绝缘体，或者旋转会使材料产生磁性。“我真的没有工具，无法准确预言在这种强关联系统中会发生什么，” MacDonald 说道，“超导当然是你最希望看到的，但我没有勇气预测它。”

MacDonald 的想法完全失败了。当他提交论文准备发表时，审稿人抨击他简化的假设是不合理的，他的论文被好几家期刊拒绝，最终才被 Proceedings of the National Academy of Sciences （PNAS） 接收 （DOI：10.1073/pnas.1108174108） 。在论文见刊后，也几乎没有实验物理学家继续研究。Dean 说：“我不确定我们能从中得到什么。它看起来像个猜测，所以我们抛开了它。”

哈佛大学 （Harvard University） 物理学家 Philip Kim 可以算是实验旋转双层石墨烯领域的“系主任”（Dean 和 Jarillo-Herrero 都在他的实验室做过博士后），他同样在魔角的研究上慢了一步。他说：“之前我认为 Allan 的理论太简单了。 就像其他实验物理学家一样，我以为不可能把角度控制得足够精确。 人们开始忘记它。 ”实际上，Kim 说他和这个领域的其他许多人正准备放弃旋转双层石墨烯，他们感觉其他新材料可能带来更多激动人心的机会。

但 Jarillo-Herrero 没有放弃。在 MacDonald 的预测于 2011 年发表时，他已经研究旋转双层石墨烯一年了。即便他的同事曾尝试告诫他停止这项研究，说着很可能只是在浪费时间，他仍然相信其中有值得研究的东西。“在这个实验室中，我们试着大胆冒险，我们有灵敏的嗅觉，”他说，“而石墨烯感觉很对”。

他知道， 自己面临的挑战是制造一个超纯净、高度均匀的双层石墨烯，并让两层材料之间保持 1.1 度角。 这是一个不自然的位置，因为石墨烯层表现出很强的互相重合的趋势。而且如果施加外力让它处于偏移位置，超柔韧的石墨烯层就容易变形。

Jarillo-Herrero 的团队精心改进制造过程的每个环节：从制造、清洁石墨烯层，到使它们排成正确的角度，再到按压到位。为防止污染，测量必须在几乎真空的环境下进行。为了更好地观察电子的强关联行为，他们必须将材料冷却至绝对零度以上的几度范围内，才能得到实验结果——在较高的温度下，电子运动过于活跃，几乎无法发生强的相互作用。

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