什麼是2D材料？
2D材料是僅有一個或幾個原子厚度的晶體。2004年分離出的石墨烯（2010年諾貝爾獎）是第一種。現在已有數百種：用於電晶體的半導體MoS₂、作為完美襯底的絕緣體hBN、具有可調帶隙的黑磷，以及許多在體態形式中不可能具有的特性的材料。
為什麼要堆疊？透過像原子級樂高積木一樣將不同2D材料層疊，你可以建立具有定製特性的範德華異質結構。將兩層石墨烯扭轉到「魔角」（1.1°），它就會變成超導體。可能性是無限的。
📖 深入了解
類比 1
將每種 2D 材質想像為一塊樂高積木 — 石墨烯是堅固的基板，MoS2 是電子元件，hBN 是光滑的絕緣墊片。以任意順序堆疊它們以構建具有自定義屬性的設備，就像組合樂高積木來構建您想像的任何東西一樣。
類比 2
塊狀晶體就像一副厚厚的紙牌，由弱力黏合在一起。石墨烯隔離就像小心地剝下一張卡片一樣——這張卡片（原子厚的薄片）具有整副牌從未表現出的特性。每層牌都可以洗牌、扭曲或與不同牌組的牌組合。
🎯 模擬器提示
初學者
從石墨烯開始，然後按“開始”查看電子流。試著切換到 MoS2，看看半導體的行為有何不同 - 請注意帶隙的出現。
中級
加入 n 型或 p 型摻雜並觀察載子行為。對雙層石墨烯施加電場以打開帶隙——這是實際研究中的關鍵技術。
專家
使用 2 層石墨烯將扭曲角設定為 1.1°，以發現魔角狀態。觀察帶隙隨著平帶的形成而塌陷──這就是扭曲雙層石墨烯中超導電性的形成方式。
📚 術語表
🏆 關鍵人物
Andre Geim & Konstantin Novoselov (2004)
曼徹斯特使用透明膠帶法分離石墨烯，2010 年諾貝爾物理學獎
Pablo Jarillo-Herrero (2018)
發現魔角扭曲雙層石墨烯超導的麻省理工學院物理學家
James Hone (2008)
哥倫比亞研究人員測量了石墨烯的內在強度——有史以來測試過的最強材料
Feng Wang (2014)
加州大學柏克萊分校物理學家研究范德華異質結構的光學和電子特性
Andrei Bernevig (2019)
普林斯頓理論家預測扭曲雙層石墨烯的拓樸特性
🎓 學習資源
- Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films [paper]
榮獲諾貝爾獎的石墨烯隔離紙（《科學》，2004 年） - Unconventional superconductivity in magic-angle graphene [paper]
在魔角扭曲雙層石墨烯中發現超導性（《自然》雜誌，2018） - 2D Materials Database [article]
供研究者使用的二維材料特性計算資料庫 - Graphene Flagship [article]
€1B 歐盟倡議推動二維材料研究從實驗室走向市場