华盛顿大学（UW）的研究人员开发出一种新方法，可切换莫尔图案这种特殊材料的性质。由石墨烯构成的莫尔图案能够在超导态与绝缘态之间切换。UW 研究人员还发现，调节材料上的应变可使电阻变化100倍。

莫尔图案通过微型机器人操纵器将单原子层厚的碳片逐层堆叠制备。随着顶层碳片旋转，相同的原子晶格相互扭转，形成复杂的莫尔图案，其周期随转角变化而增大或减小。

2018年，麻省理工学院的研究人员表明，当顶层旋转至1.1度并冷却至接近绝对零度时，材料会变为超导态。在该状态下，电子可自由流动，材料可用于开发面向计算、能源和量子传感应用的超导材料。

从超导体到绝缘体

该领域的进一步研究使科学家能够转向碳以外的元素，并制备原子级厚度的莫尔图案。这些图案可通过温度、电压和磁场等外部因素调节，使其从超导态切换至绝缘态，使电子流动近乎完全停止。

华盛顿大学物理与材料科学副教授 Matthew Yankowitz 表示：“通过调节这些参数，我们可以以高度可预测且可重复的方式循环切换不同的物态。”

“材料可以从金属变为绝缘体，再回到金属，再到绝缘体，最后到超导体。这使我们能用单个器件代表一整类材料，从而在单一样品中观察超导性与其周围物态的关系。”

该团队与华盛顿大学物理学教授 Jiun-Haw Chu 合作，将应变作为另一种新因素引入，以帮助这些材料完成态切换。

解决实验室常见问题

制备莫尔图案虽然在材料科学实验室中很常见，但过程并不简单。操作原子级厚度的材料片并将它们逐层堆叠，常会导致其中一层或两层发生畸变和翘曲。在实际场景中，莫尔图案并不像示意图那样规整，而是混乱得多。

华盛顿大学研究人员考虑，是否可以通过控制所操作材料的拉伸来改变这一状况。团队将材料置于一种随施加电压变化而膨胀和收缩的器件上，发现可以控制晶格上的应变。

通过调节应变，团队使材料电阻相对于普通金属变化超过100倍。在超低温下处理样品，还可进一步增强这一变化。

Chu 在新闻稿中表示：“这种对应变的巨大响应引人注目之处在于，它也出现在其他奇异材料中，包括高温超导体——物理学中尚未解决的重大问题之一。”

“这一共同联系使我们更接近理解这些复杂现象背后的机制。”

团队目前正致力于简化实验，以便其他研究人员能在其他材料上复现这些结果。

研究结果发表在《Science》期刊上。