石墨烯，這個(gè)大家最喜歡的神奇材料，似乎總是能給人帶來驚喜。 麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了隱藏在這種非凡的小材料中的另一種全新的電子態(tài)，他們給它起了一個(gè)奇怪的名字：“鐵谷特性”。 ”。

藝術(shù)家對(duì)五層石墨烯堆棧中電子呈現(xiàn)出一種稱為多鐵性的奇怪新狀態(tài)的印象

石墨烯本質(zhì)上只是一種超薄的普通石墨薄片——事實(shí)上，它非常薄，只有一個(gè)原子厚。 盡管石墨烯起步微不足道，但它卻具有超強(qiáng)、超導(dǎo)、柔韌的特性，并且有潛力徹底改變從電子到服裝再到航空航天工程的一切事物。 當(dāng)你開始堆疊石墨烯片，甚至將它們扭曲到特定角度時(shí)，其他非凡的能力就會(huì)變得顯而易見，例如磁性或超強(qiáng)透水性。

在新的研究中，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了另一種材料——“多鐵性行為”，這在材料界非常罕見。 鐵質(zhì)材料是一種粒子具有協(xié)調(diào)行為的材料，例如，即使沒有外部磁場，磁體的所有電子也會(huì)將其自旋指向同一方向。 多鐵性材料是表現(xiàn)出多種協(xié)調(diào)行為的材料，例如磁性指向一個(gè)方向而電荷指向另一個(gè)方向。

研究人員計(jì)算得出，在非常特殊的情況下，石墨烯應(yīng)該成為多鐵性材料。 理論上，只有當(dāng)五層石墨烯相互堆疊時(shí)才會(huì)出現(xiàn)多鐵性，每層稍微偏移，使三維整體形成菱形。

在五層石墨烯中，電子恰好處于晶格環(huán)境中，它們移動(dòng)非常緩慢，從而使它們能夠與其他電子有效地相互作用。 此時(shí)，電子相關(guān)效應(yīng)開始占主導(dǎo)地位，并且它們可以開始協(xié)調(diào)成某些優(yōu)選的鐵氧體順序。

接下來，研究小組開始在實(shí)踐中證實(shí)這一理論，從石墨塊上刮下石墨烯薄片，并用強(qiáng)大的顯微鏡對(duì)其進(jìn)行檢查，以找到一些天然具有理想菱形形狀的石墨烯。 然后，他們分離出了幾種類型的石墨烯，并在略高于絕對(duì)零的溫度下對(duì)它們進(jìn)行了研究，此時(shí)其他效應(yīng)減弱，因此只有他們正在尋找的石墨烯會(huì)發(fā)光。

果然，研究小組發(fā)現(xiàn)這些特殊薄片中的電子對(duì)一個(gè)方向的電場和另一個(gè)方向的磁場做出均勻的響應(yīng)，證實(shí)了多鐵性行為。 但即使這些單獨(dú)的行為也是不尋常的——磁性是由電子軌道運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)產(chǎn)生的，而不是它們的自旋。 電子行為是由于電子優(yōu)先進(jìn)入一個(gè)“谷”（或最低能態(tài)）而不是平均進(jìn)入兩個(gè)谷而產(chǎn)生的。 因此，研究團(tuán)隊(duì)將這種奇特的電子態(tài)稱為“鐵谷特性”。

“我們知道這個(gè)結(jié)構(gòu)中發(fā)生了一些有趣的事情，但在測試之前我們不知道它是什么，”該研究的共同第一作者 Lu說。 “這是我們第一次看到鐵谷電子產(chǎn)品，也是我們第一次看到鐵谷電子產(chǎn)品與非常規(guī)鐵磁體共存。”

研究人員表示，這種特殊的行為最終可以被利用來有效地將芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量翻倍。

該研究發(fā)表在《自然》雜志上。