摘要：研究人员发现，三层石墨烯可以自然地自组织为碳化硅生长期间的特定堆叠模式（ABA/ABC域），从而消除了对手动操作的需求。这一突破可以使量子设备的可扩展产生。...

石墨烯是在二维蜂窝晶格中排列的单层碳原子，以其出色的特性而闻名：令人难以置信的强度（比钢强约200倍），轻巧，柔韧性和出色的电力和热量传导。这些特性使石墨烯在包括电子，能源存储，医疗技术以及最近的量子计算在内的各个领域的应用中变得越来越重要。

石墨烯的量子特性（例如超导性和其他独特的量子行为）在石墨烯原子层被堆叠并用精度扭曲以产生“ ABC堆叠结构域”时会出现。从历史上看，实现ABC堆叠域需要去角质石墨烯，并手动扭曲和对齐层以精确的取向 - 这是一个高度复杂的过程，对于工业应用来说很难扩展。

现在，由Elisa Riedo，Herman F. Mark的化学和生物分子工程学教授Elisa Riedo领导的NYU Tandon工程学院的研究人员已经发现了石墨烯研究中的新现象，观察了增长诱导的自组织的ABA和ABC堆叠领域，这些领域可能会引发高级量子技术的发展。这些发现发表在最近的一项研究中美国国家科学院会议录（PNAS），展示三层外延石墨烯系统中的特定堆叠布置自然出现 - 消除了对石墨烯扭曲制造中传统上使用的复杂，不可缩放技术的需求。

这些研究人员，包括以前是纽约大学博士后研究员的马丁·雷东（Martin Rejhon），现已观察到在碳化硅（SIC）上生长的三层外延石墨烯系统中ABA和ABC域的自组装。使用高级导电原子力显微镜（AFM），团队发现这些域自然形成，而无需手动扭曲或对齐。这个自发的组织代表了石墨烯堆叠域制造的重要一步。

这些堆叠结构域的大小和形状受应变相互作用和三层石墨烯区域的几何形状的影响。某些域形成为条纹状结构，数十纳米宽，并在微米上延伸，为将来的应用提供了有希望的潜力。

Riedo说：“将来，我们可以通过SIC底物的预先发展模式来控制这些堆叠模式的大小和位置。”

这些自组装的ABA/ABC堆叠域可能会导致量子设备中的变革性应用。例如，它们的条纹形构型非常适合实现非常规量子厅效应，超导性和电荷密度波。此类突破为利用石墨烯量子特性的可扩展电子设备铺平了道路。

这一发现标志着石墨烯研究的一个重大飞跃，使科学家更接近实现下一代电子和量子技术中这种非凡材料的全部潜力。

这项研究的资金来自美国陆军研究办公室，奖项＃W911NF2020116。这项研究还包括布拉格查尔斯大学的研究人员。