B、量子色动化学解读魔角石墨烯 从量子色动化学→环量子计算机,为啥光束能被莫尔晶格局域对“暗物质”造量子计算机有用?这里先说啥是“量子色动化学”? 这是指联系真空量子起伏和真空中类似两块平行金属板之间存在某种吸引力,这种吸引力被称为卡西米尔力──这样可以把原子核里的质子,按卡西米尔平板效应的系列化,编排成相似于门捷列夫元素周期表──按原子核里的质子数卡西米尔效应化造型的不同图形。 具体解读魔角石墨烯及其光孤子反应的起伏,是把碳原子核类比于卡西米尔平板,碳核的6个质子构成的五面立方体,类似形成一对卡西米尔平板效应──卡西米尔效应需要两片平行的平板,三角形平板就需要6个点,这类似碳基。如果把这些“点”看成是“质子数”, 碳基6个质子虽然比氧基8个质子用得少,而且比较量子卡西米尔力效应,氧核8个质子点的立方体是上下、左右、前后,可平行形成3对卡西米尔平板效应,它是不论方位的;而碳核6个质子点的三角形连接的五面立方体,只有一对平板是平行的。但把这种量子色动化学织造器,拟设到原子核里的量子波动起伏里,碳基则比氧基的堆垛更好更妙。如原子织造“模拟”高温超导,干脆采用层状原子堆垛的方式,来人工构造层状超晶格,会加强质子结构的量子卡西米尔力效应。 由此这种几何结构,就有量子色动化学的内源性和外源性之分。 碳,作为周期表乃至地球上最引人瞩目的元素之一,存在于我们生活中近乎九成以上的已知物质中。而关于碳的每次突破都备受关注──发现60 个碳原子组成的足球结构“巴基球”碳-60的所属的富勒烯家,获得1996 年的诺贝尔化学奖。接下来发现几厘米长,直径在 1 纳米左右,由碳原子组成的管状结构──碳纳米管。再是耳熟能详的石墨烯发现,获得2010 年的诺贝尔物理学奖。又是合成出一个由 18 个原子组成的环状纯碳分子等。 总之,从二维材料──石墨烯单独取一层或由两层石墨烯堆迭而成的莫尔结构──莫尔晶格、莫尔角、莫尔条纹;摩尔元胞、摩尔超晶格、摩尔纹来看,其实是很多碳量子色动化学的有序组合排列。 从量子色动化学→环量子计算机,回采普通的化学反应到核化学反应,都是以元素周期表中,元素原子的原子核所含的质子数,可分和不可分的变化来决定的;但都不讲大尺度结构部分子无标度性实在的量子色动化学──这类似把质子和中子等粒子,都看成是“平等的人”,但在结构的代表性上,类似社会结构中领导和其他成员,编码是不同的。把卡西米尔力效应引进到原子核,如果质子数不是一个简单的强力系统,而是有很多起伏,也就能把“碳核”包含的相当于卡西米尔力平板的“量子色动几何”科学“细节”设计出来。 C、量子色动化学解读魔角石墨烯的例子 1)首先说晶格图形。维格纳晶体图,比莫特绝缘体更类似“量子色动化学织造器” ──二维空间中三角晶格结构的维格纳晶体,图中拟设用红色三角形和蓝色方形表示晶体中的拓扑缺陷。量子色动化学的真空“暗物质起伏”,可类比想象一群人,每一个人都在一个大圆球里面,他们在一个封闭的房间里四处跑动。 如果圆球比较小,他们可以自由移动;但是随着圆球逐渐变大,他们彼此之间的碰撞会更频繁,以至于最终到了某个临界点,所有人都卡在自己的位置上寸步难行,因为任何人的一点点移动,都会被旁边的人立刻阻止。晶体基本上就是这个样子。这些人相当于电子,圆球的大小相当于他们之间的库伦排斥力的强度。这种图氧量子色动化学却不好表示。碳量子色动化学是将一层石墨烯,扭转一定角度放在另一层石墨烯上,两层蜂巢结构彼此抵消而出现摩尔纹。 通过向双层石墨烯中注入电子,能得到新的物相。这可以通过研究摩尔纹上额外掺杂的电子来理解──通过增加电子密度,可观察到,如果一个摩尔元胞中包含2到3个电子时,材料表现为绝缘态。这是莫特绝缘体的例子。 1934年尤金•维格纳,第一次预言了一种电子的晶体相──维格纳晶体很难通过实验实现,因为量子涨落的强度会超过库伦排斥作用,并迅速导致无序。 在材料科学和量子物理中,称为“魔角”扭曲双层石墨烯中的莫尔条纹,和平带相关行为,可观察到扭曲双层石墨烯中的超导性和类莫特绝缘体状态,扭转角约为0.93度。这个角度比之前研究中计算的“魔角”角度(1.1°)小15%,显示扭曲双层石墨烯的“魔角”范围,比之前预期的要大。这为破译扭曲双层石墨烯中的强量子现象提供了丰富的新信息,可用于环量子计算机中的应用──相邻范德瓦尔斯层之间的相对扭曲角,以产生石墨烯中的莫尔条纹和平带,已经成为一种新的和独特适合于显着改变、定制基于二维材料的设备属性,以实现电流流动的方法,证明了当两个单层石墨烯层以θ=1.1±0.1°的“魔角”扭转角度堆迭时,出现了非常平坦的带。 2)其次说“魔角”之奇。量子色动化学--石墨烯这种新兴的莫尔铁电特性有望实现超快速,可编程且原子级超薄的碳基存储设备。 为啥?双层转角石墨烯的谱学表征量子色动化学图,这种材料由两层碳原子堆迭而成,两层蜂窝状碳原子晶格不完全对齐。尖端和样品中的电子态分别被填充到特定的能量。在外加的电压下,这两个能量的差值可以调控并导致电子在尖端和样品之间发生“隧穿”。 这种电子隧穿现象会产生可测量的电流信号,尖端中的电子态密度可以近似认为与能量无关,此时电流关于偏压的变化(dI/dV)正比于样品中的电子态密度。实验可直接观测到双层转角石墨烯中的莫尔条纹。通过观察沿不同方向条纹之间的间距变化,可定量测量系统中的应变,还能揭示由两片石墨烯的层间相互作用所造成的碳原子在空间不同位置的位移。石墨烯以及其他相关材料的转角多层系统,具有简单的化学性质和高度可调的灵活度(比如电子密度),这些系统有希望成为关联用“暗物质”造量子计算机理论的通用测试平台。 莫尔晶格中经常可见将两个周期结构重迭在一起、并且彼此之间转过一定的角度,人们会在其上看到明暗相间的条纹,此即莫尔条纹──拿起两把梳子,将其重迭并相互转过一个小角度,便能看到明暗相间的条纹──莫尔条纹。利用两把梳子展示的莫尔条纹,这可能是最简单的莫尔条纹。实际上留心观察,会看到莫尔条纹在艺术设计、纺织业、建筑学、图像处理、测量学和干涉仪等方面都有一些独特的应用。在扭曲双层石墨烯中,实验观察到超晶格第一个微带(结构特征)在“魔角”处半填充时的绝缘相。出人意料地0.93±0.01的扭曲角,这比已经建立的“魔角”小了15%,并且显示出超导特性。 这表明新的关联态可以出现在“魔角”扭曲双层石墨烯中,低于初级“魔角”,超出石墨烯的第一个微带。为了建造这些“魔角”扭曲双层石墨烯设备,可使用“撕裂和堆迭”的方法──如封装了六边形氮化硼(BN)层之间的结构图,成霍尔棒几何形状,具有多根导线耦合到Cr/Au(铬/金)边缘触点。并在用作背栅的石墨烯层的顶部,制造整个“魔角”扭曲双层石墨烯器件。 利用氮化硼衬底上外延的单晶石墨烯薄膜, 在电子端和空穴端都可观测到超晶格狄拉克点, 并且超晶格狄拉克点同本征狄拉克点类似, 都表现出绝缘体的特性。在低温强磁场下, 可以观测到到单层石墨烯和双层石墨烯的量子霍尔效应。并且,从朗道扇形图中, 可以清晰看到磁场下形成的超晶格朗道能级。此外, 利用红外光谱的方法,观察强磁场下石墨烯超晶格体系不同朗道能级之间的跃迁, 发现这种跃迁满足有质量狄拉克费米子的行为, 对应38 meV的本征能隙。 在此基础上, 在380meV位置发现一个同超晶格能量对应的光电导峰. 通过利用旋量势中三个不同的势分量对光电导峰进行拟合, 发现赝自旋杂化势起主导作用. 表明赝自旋杂化势强度随载流子浓度的增大显著降低, 表明电子--电子相互作用引起的旋量势的重构。在ABC--三层石墨烯以及六方氮化硼(hBN)摩尔超晶格中,发现可调超导性特征。与“魔角”双层石墨烯不同,石墨烯是碳原子组成的蜂巢状晶体的片状石墨,但是厚度只有单个原子,是一种二维材料。单层的石墨烯在超低温下具有超导电性。如果将双层石墨烯扭转成特定角度──被称为“魔角”石墨烯──材料表现为莫特绝缘体。
|