石墨烯层会发生扭曲吗，性能将发生什么转变？
石墨烯作为一种前沿新材料，里面有很多的奥秘需要去发掘、有众多的技术难点需要去突破。如二维的石墨烯层可以发生扭曲吗，如何去实现，实现之后将会带来什么样的性能转变并加以利用去服务人类社会？
一、技术手段
科研工作者已经实现石墨烯层的精确扭曲并调控其性能。下面是目前运用到的技术手段。
1.机械旋转叠加控制
1）角度精确调控
将两层单原子厚度的石墨烯膜堆叠后，通过微纳操纵技术（如原子力显微镜探针）使其中一层相对另一层旋转特定角度。当旋转角达到 1.05°–1.1°（魔角范围）时，体系会形成莫尔超晶格结构，触发超导态或绝缘态转变。
关键参数：角度偏差需控制在 ±0.1° 以内，莫尔周期长度约 13nm36
2）压力辅助稳定
若角度略大于魔角（如1.3°），可通过施加超高压强（>10万大气压） 压缩层间距，诱导超导态出现。
2.电场与磁场协同调控
1）门电压切换电子态
在扭曲双层石墨烯器件上施加垂直电场，可动态调控载流子浓度，实现超导态↔绝缘态的可逆切换。四层魔角石墨烯结构中，电场调控灵敏度更高。
2）磁场诱导强关联态
施加空间梯度磁场可进一步压制电子动能，增强电子间相互作用，在非魔角区域（如大角度扭曲）激发分数填充绝缘态和磁性有序相。
- 性能转变
1.超导态与绝缘态的可逆切换
（1）魔角超导现象当双层石墨烯以特定1.05°–1.1°（魔角）扭曲时，电子能带趋于平坦，电子间强相互作用诱导超导态，实现零电阻导电（临界温度约 1.7K）。若角度略大（如 1.3°），施加 >10万大气压 可压缩层间距，同样触发超导态，临界温度提升至 >3K。
（2）电场控制相变
通过门电压调节载流子浓度，可在 超导态↔绝缘态 间动态切换
绝缘态：电流完全阻断（莫特绝缘体态）；
超导态：电流无损耗传输。
2.电子结构与关联效应强化
（1）莫尔超晶格调控
扭曲形成周期性莫尔条纹（周期约 13nm），重构电子能带：
- 魔角下形成平带，增强电子关联作用，催生超导/磁性有序态；
- 大角度扭曲（如 >2°）可诱导分数填充绝缘态 和轨道几何挫败，引发铁磁/反铁磁序。
（2）强相互作用主导
电子动能被压制，库仑相互作用主导系统，导致：
- 分数陈绝缘体态（如 1/3填充）；
- 量子反常霍尔效应（无磁场下边缘电流）。
3.光电性能跃升
（1）光响应增强
特定扭曲角度（如 13.5°）使光电探测器响应度达普通石墨烯的 31倍，源于范霍夫奇点（VHS） 增强光-物质相互作用。
（2）红外探测优化
扭曲单层-双层石墨烯（TMBG）中 VHS 实现高选择性红外光捕获。
4.磁性及拓扑新行为
（1）自旋输运调控
扭曲石墨烯与磁性材料集成，可在无外磁场下实现 量子自旋霍尔效应，为自旋电子器件提供新路径。
（2）拓扑边界态
魔角系统支持手性边缘电流，可用于构建低功耗量子器件。
5.结构应力与稳定性
扭曲引入层间应力可能导致 力学性能局部弱化（如宏观强度低于理论值），但sp²杂化蜂窝结构仍保持高本征强度。纯净界面（无污染物）是维持量子相干性的关键。
性能转变总结与条件
| 性能转变 | 触发条件 | 核心机制 |
| 超导态 | 魔角（≈1.1°）或高压（>10GPa） | 平带电子强关联 |
| 绝缘态 | 电场调控载流子浓度 | 莫特相变 |
| 光响应增强 | 匹配VHS的扭曲角度（如13.5°） | 能带奇点增强光吸收 |
| 分数陈绝缘体 | 大角度扭曲+磁场调控 | 轨道几何挫败与库仑排斥 |
| 无磁自旋传输 | 与磁性材料异质集成 | 界面自旋-轨道耦合 |
扭曲角度、层数及外场（电/磁/压）的协同调控，使石墨烯成为研究高温超导、量子计算和新型光电器件的理想平台。