什么是2D材料？
2D材料是仅有一个或几个原子厚度的晶体。2004年分离出的石墨烯（2010年诺贝尔奖）是第一种。现在已有数百种：用于晶体管的半导体MoS₂、作为完美衬底的绝缘体hBN、具有可调带隙的黑磷，以及许多在体态形式中不可能具有的特性的材料。
为什么要堆叠？通过像原子级乐高积木一样将不同2D材料层叠，你可以创建具有定制特性的范德华异质结构。将两层石墨烯扭转到「魔角」（1.1°），它就会变成超导体。可能性是无限的。
📖 深入了解
类比 1
将每种 2D 材料想象为一块乐高积木 — 石墨烯是坚固的基板，MoS2 是电子元件，hBN 是光滑的绝缘垫片。以任意顺序堆叠它们以构建具有自定义属性的设备，就像组合乐高积木来构建您想象的任何东西一样。
类比 2
块状晶体就像一副厚厚的纸牌，由弱力粘合在一起。石墨烯隔离就像小心地剥下一张卡片——这张卡片（原子厚的薄片）具有整副牌从未表现出的特性。每层牌都可以洗牌、扭曲或与不同牌组的牌组合。
🎯 模拟器提示
初学者
从石墨烯开始，然后按“开始”查看电子流。尝试切换到 MoS2，看看半导体的行为有何不同 - 请注意带隙的出现。
中级
添加 n 型或 p 型掺杂并观察载流子行为。对双层石墨烯施加电场以打开带隙——这是实际研究中的关键技术。
专家
使用 2 层石墨烯将扭曲角设置为 1.1°，以发现魔角状态。观察带隙随着平带的形成而塌陷——这就是扭曲双层石墨烯中超导性的形成方式。
📚 术语表
🏆 关键人物
Andre Geim & Konstantin Novoselov (2004)
曼彻斯特使用透明胶带法分离石墨烯，2010 年诺贝尔物理学奖
Pablo Jarillo-Herrero (2018)
发现魔角扭曲双层石墨烯超导性的麻省理工学院物理学家
James Hone (2008)
哥伦比亚研究人员测量了石墨烯的内在强度——有史以来测试过的最强材料
Feng Wang (2014)
加州大学伯克利分校物理学家研究范德华异质结构的光学和电子特性
Andrei Bernevig (2019)
普林斯顿理论家预测扭曲双层石墨烯的拓扑特性
🎓 学习资源
- Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films [paper]
荣获诺贝尔奖的石墨烯隔离纸（《科学》，2004 年） - Unconventional superconductivity in magic-angle graphene [paper]
在魔角扭曲双层石墨烯中发现超导性（《自然》杂志，2018） - 2D Materials Database [article]
供研究人员使用的二维材料特性计算数据库 - Graphene Flagship [article]
€1B 欧盟倡议推动二维材料研究从实验室走向市场