很难相信一种材料可以用石墨烯所能描述的那么多的最高级来描述。自2004年发现以来,科学家们发现,花边,蜂窝样表的碳原子——本质上最微观的剃须铅笔芯你可以想象——不仅仅是世界上已知最薄的材料,但也非常光和灵活,比钢强数百倍,比铜导电。
现在，麻省理工学院和哈佛大学的物理学家们发现，这种神奇的材料可以表现出更奇特的电子特性。在今天发表在《自然》杂志上的两篇论文中，研究小组报告说，它可以在两个极端的极端条件下调整石墨烯的性能：作为绝缘体，电子完全被阻挡在流动中;作为超导体，电流可以在没有阻力的情况下流动。
过去的研究人员，已经能够通过将材料与其他超导金属接触来合成石墨烯超导体——这一安排使得石墨烯能够继承一些超导性行为。这一次，研究小组找到了一种方法，使石墨烯的超导电性成为自己的一种方式，证明了超导性可以成为纯碳基材料的内在质量。
物理学家们通过创造一个“超晶格”来完成这一任务，这两个石墨烯薄片叠加在一起——不是精确地在彼此的顶部，而是在一个特定的角度旋转。其结果是，覆盖的六边形蜂巢模式被稍微偏移了一点，形成了一个特殊的结构，预计在石墨烯薄片之间的电子之间会产生奇怪的“强相关的相互作用”。在任何其他堆叠的结构中，石墨烯更倾向于保持独特的状态，以电子或其他方式与相邻的层进行交互。
研究小组发现，当在特定的角度旋转时，这两层石墨烯表现出了不导电的行为，类似于一种被称为“莫特绝缘体”的外来物质。当研究人员应用电压，将少量的电子加入石墨烯超晶格时，他们发现，在一定程度上，电子从最初的绝缘状态中脱离出来，没有阻力流动，就像通过超导体一样。
可以想象用石墨烯制造超导晶体管，你可以开关它，从超导到绝缘。这为量子设备开启了许多可能性。”
一种材料的导电能力通常用能量带来表示。单个的波段代表了一种材料的电子所能拥有的一系列能量。当一个频带被填满时，一个电子必须包含额外的能量来克服这个缺口，以占据下一个空带。
如果最后一个被占据的能量带完全充满了电子，那么材料就被认为是绝缘体。另一方面，像金属这样的导电体，则表现出部分充满能量的波段，而电子能填满的空能态则可以自由移动。
然而，莫特绝缘体是一种从它们的带结构中出现的材料，用来导电，但当测量时，它们就会表现为绝缘体。具体地说，它们的能量带是半满的，但是由于电子之间强烈的静电相互作用(例如，相等的符号相互排斥)，材料不导电。这个半填充的带基本上分成两个微型的，几乎是平的带，电子完全占据一个频带，让另一个带空，因此表现为绝缘体。
这意味着所有的电子都被阻塞了，所以它是一种绝缘体，因为电子之间存在很强的斥力，所以没有任何东西可以流动。为什么莫特绝缘体很重要?事实证明，大多数高温超导体的母体化合物是一种莫特绝缘体。”
换句话说，科学家们已经找到了操纵莫特绝缘材料的电子性能的方法，将它们变成超导体，在相对较高的温度下，大约100开尔文。为了做到这一点，用化学方法把材料“吸”到氧上，这些原子会从莫特绝缘体上吸引电子，从而留下更多的空间让剩余的电子流。当加入足够的氧气时，绝缘体就会变成超导体。这种转变是如何发生的，已经有30年的历史了。
这是一个30年的问题，还没有解决。这些高温超导体已经被研究到死亡，它们有许多有趣的行为。但我们不知道该如何去解释它们。”
或许更重要的是，研究人员能够将石墨烯调整为绝缘体或超导体，以及介于两者之间的任何阶段。
