在石墨烯的层间，电子被迫穿梭于独特排列的碳原子迷宫中，做出一些非常特别的行为。

来自加拿大不列颠哥伦比亚大学、美国华盛顿大学和约翰霍普金斯大学，以及日本材料科学研究所的研究人员，最近在石墨烯层中电流流动的动态中发现了一种奇异的新物态。

这一发现验证了关于电子在晶体结构中应如何表现的预测，并可能为实现可靠的量子计算方法提供新思路，或为室温超导的开发提供新的路径。

“不管怎样，这项研究的起点是两片石墨烯，它们由蜂窝结构排列的碳原子组成。”该研究的主要作者、不列颠哥伦比亚大学的凝聚态物理学家Joshua Folk说道。

“电子在碳原子之间的跳跃决定了石墨烯的电气性质，这使得它在表面上与铜等常见导体相似。”

在过去的几十年里，石墨烯逐渐被视为一种奇迹材料，其碳原子网格结构使得电子像量子跳棋中的棋子一样自由跳跃。

物理学家们不断打破这场游戏的规则，发现了许多新的和不寻常的方式来改变电阻性质或协同进入奇异的量子态。正因如此，石墨烯成为了寻找低电阻导电线索或测试各种量子效应边界的完美实验场。

其中一个效应是电子“冻结”到受限的位置，这有效地将它们从流动的液态物质转变为具有结构的物质。这种电子相态被称为Wigner晶体，具有特定的形状和行为，研究人员曾以为他们已对其有足够了解。

在这一系列实验中，研究人员将单原子厚度的石墨烯层以某种方式扭曲，使得没有连接的碳原子排列成一种被称为莫尔效应的形态。

莫尔效应在日常生活中并不陌生。它们通常出现在网格或屏幕堆叠中，以黑白对比的线条、圆形或曲线的形式出现，形成重复的图案。

不过，在这种情况下，扭曲石墨烯中的对比结构使电子的几何形态，即电子景观的拓扑发生了紊乱。结果是，电子的速度发生了变化，有些甚至在材料边缘沿着路径移动时产生了扭曲。

“这导致了拓扑电子晶体出现悖论性的行为，这是以往Wigner晶体中从未见过的——尽管晶体是通过冻结电子形成的有序阵列，但它仍然可以沿着边界导电。”Folk解释道。

在这种全新的电子行为领域里，奇异的现象开始出现，例如已知的量子霍尔效应中的电阻量子化。

像这样的新型拓扑活动状态，对于物理学家来说是一个潜在的宝藏，尤其是那些热衷于探索如何创造比基于基本粒子的传统量子计算单元更具抗性的量子比特(qubits)。

将狭窄的石墨烯层扭曲成电子版的莫比乌斯环，可能只是一个开始。这种尺度上的几何形态有可能为电子准粒子提供一个奇异的动物园，揭示出各种全新的物理现象。

本文译自 ScienceAlert，由BALI编辑发布。