电子被迫在错综复杂的碳原子中运行，这些碳原子以独特的方式排列成扭曲的堆叠，电子做出了一些相当奇怪的事情。

来自加拿大英属哥伦比亚大学、美国华盛顿大学和约翰霍普金斯大学以及日本国家材料科学研究所的研究人员最近在流过石墨烯层的电流动力学中发现了一种奇怪的物质新状态。

这些发现证实了关于电子在被挤压成晶体排列时应该如何表现的预测，并可能为如何实现可靠的量子计算方法或揭示开发室温超导的方法提供新的想法。

“这项工作的起点是两块石墨烯薄片，它们由碳原子排列成蜂窝状结构，”该研究的资深作者约书亚·福克说，他是不列颠哥伦比亚大学的凝聚态物理学家。

“电子在碳原子之间跳跃的方式决定了石墨烯的电学性质，最终在表面上与铜等更常见的导体相似。”

近几十年来，石墨烯越来越被视为一种神奇的材料，它的碳原子晶格以某种方式连接在一起，让多余的电子像量子跳棋游戏中的记号一样跳跃。

物理学家们一直在改变这个游戏的规则，寻找新的和不寻常的方法来改变电阻的性质或协调到奇异的状态。由于这些原因，石墨烯已成为寻找低电阻电导率线索或测试各种量子效应边界的完美游乐场。

其中一种效应是将电子“冻结”到受限制的位置，有效地将它们从流动的液体状物质转变为具有结构的物质。这一电子相位被称为维格纳晶体（Wigner crystal），具有研究人员认为他们很了解的特征形状和行为。

在这一系列的实验中，研究人员扭曲了单原子石墨烯片的堆叠，迫使未结合的碳原子以一种被称为“莫尔效应（Moiré effects）”的方式排列。

在我们的日常生活中，莫尔效应并不难发现。在网格或屏幕的堆叠中，它们以重复的线条、圆圈或曲线的形式出现，在黑暗和光线的对比中构成网格的组合或取消。

只有在这种情况下，扭曲石墨烯中的对比结构才会对电子的几何形状或其景观的拓扑结构造成严重破坏。结果是电子的速度发生了变化，有些甚至在沿着材料边缘移动时发生了扭曲。

福克说：“这导致了过去传统维格纳晶体中看不到的拓扑电子晶体的矛盾行为 —— 尽管晶体是在将电子冻结成有序阵列时形成的，但它仍然可以沿着其边界导电。”

正是在这种奇怪的电子行为新领域中，出现了奇怪的活动，例如被称为量子霍尔效应的电阻量子化。

对于那些热衷于探索创造量子计算单元的物理学家来说，像这样的拓扑活动的新状态是一个潜在的金矿，这种量子计算单元被称为量子比特，比基于基本粒子的传统量子比特更具抵抗力。

将石墨烯的窄堆叠构造成莫比乌斯带的电子等效物可能只是一个开始。这种尺度上的几何被理论化为一个奇异的电子准粒子动物园，里面有各种扭曲的新物理学。

这项研究发表在《自然》杂志上。

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