超薄款“神奇材料”石墨烯多年来一直震撼着科学惊人的特性，但是当你将这种二维纳米材料堆叠在一起时，事情就会变得非常有趣。
在新的实验中，美国物理学家发现，当组装成双层垂直堆叠——两片相邻的材料几乎接触——这种接近产生了以前从未观察到的量子态。
这些新测量的状态是由两个石墨烯层之间的电子复杂相互作用产生的，是所谓的“分数量子霍尔效应——这只是最新的例子物理科学变得奇怪当材料实际上仅占据两个维度时。
“研究结果表明，将二维材料紧密地堆叠在一起会产生全新的物理现象，”物理学家贾莉说来自布朗大学。
“在材料工程方面，这项工作表明，这些分层系统可以用来创建利用这些新量子霍尔态的新型电子设备。”
这一新发现的根源可以追溯到大约 140 年前，当时科学家们首次发现了后来被称为“霍尔效应：电压因磁场的存在而偏转的方式。
由于霍尔效应，这种所谓的霍尔电压沿横向运行，如果施加的磁场变强，霍尔电压就会被放大。
大约一个世纪后，物理学家观察到一个相关的现象，量子霍尔效应，这在二维电子系统中可见——包括最近开发的二维纳米材料，例如石墨烯。
在该效应的量子版本中，可以看出霍尔效应由于磁场更强而被放大的方式并不是平滑的线性增加：相反，霍尔电导率被量子化– 跳到新的、固定的平台，就像楼梯一样。
随后的实验表明，其中一些现象可以用分数来解释——前面提到的分数量子霍尔效应（FQHE）。李的团队现在在他们的研究中观察到了新型的 FQHE。
“石墨烯令人难以置信的多功能性再次使我们能够突破以前不可能的设备结构界限，”团队成员之一说道，哥伦比亚大学物理学家科里·迪恩。
“我们制造这些设备的精度和可调性现在使我们能够探索最近被认为完全无法进入的整个物理领域。”
在新的工作中，两个石墨烯层被一层薄薄的六方氮化硼隔开，该薄层被插入作为绝缘屏障。该装置还被六方氮化硼包围，并连接到石墨电极。
通过将该组件置于极强的磁场（比地球磁场强数百万倍）下，研究小组在石墨烯层之间电子相互作用的方式中观察到了前所未有的 FQHE 状态。
虽然这些有趣的状态对于科学来说是新的，但它们似乎在很大程度上符合我们现有的理解被称为复合费米子– FQHE 研究中首次发现的量子化现象。
但新的发现表明这些复合材料可能还有更多的含义（CF）比我们想象的要多。
“除了层间复合费米子之外，我们还观察到了复合材料中无法解释的其他特征模型，”说哥伦比亚大学物理学家施千惠。
“一项更仔细的研究表明，令我们惊讶的是，这些新状态是复合费米子之间配对的结果。”
虽然在我们理解其全部含义之前还有很多研究要做，团队说他们“将这些状态解释为CF之间的残余配对相互作用的结果，代表一种新型的相关基态，这是石墨烯双层结构所独有的，并且传统CF模型无法描述。”
换句话说，一层石墨烯很好，但两层就不行了。
研究结果报告于自然物理学。
