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

藝術家對五層石墨烯堆棧中電子呈現出一種稱為多鐵性的奇怪新狀態的印象

石墨烯本質上只是一種超薄的普通石墨薄片——事實上，它非常薄，只有一個原子厚。 盡管石墨烯起步微不足道，但它卻具有超強、超導、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。 當你開始堆疊石墨烯片，甚至將它們扭曲到特定角度時，其他非凡的能力就會變得顯而易見，例如磁性或超強透水性。

在新的研究中，麻省理工學院的研究團隊發現了另一種材料——“多鐵性行為”，這在材料界非常罕見。 鐵質材料是一種粒子具有協調行為的材料，例如，即使沒有外部磁場，磁體的所有電子也會將其自旋指向同一方向。 多鐵性材料是表現出多種協調行為的材料，例如磁性指向一個方向而電荷指向另一個方向。

研究人員計算得出，在非常特殊的情況下，石墨烯應該成為多鐵性材料。 理論上，只有當五層石墨烯相互堆疊時才會出現多鐵性，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境中，它們移動非常緩慢，從而使它們能夠與其他電子有效地相互作用。 此時，電子相關效應開始占主導地位，并且它們可以開始協調成某些優選的鐵氧體順序。

接下來，研究小組開始在實踐中證實這一理論，從石墨塊上刮下石墨烯薄片，并用強大的顯微鏡對其進行檢查，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，并在略高于絕對零的溫度下對它們進行了研究，此時其他效應減弱，因此只有他們正在尋找的石墨烯會發光。

果然，研究小組發現這些特殊薄片中的電子對一個方向的電場和另一個方向的磁場做出均勻的響應，證實了多鐵性行為。 但即使這些單獨的行為也是不尋常的——磁性是由電子軌道運動的協調產生的，而不是它們的自旋。 電子行為是由于電子優先進入一個“谷”（或最低能態）而不是平均進入兩個谷而產生的。 因此，研究團隊將這種奇特的電子態稱為“鐵谷特性”。

“我們知道這個結構中發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品，也是我們第一次看到鐵谷電子產品與非常規鐵磁體共存。”

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據存儲容量翻倍。

該研究發表在《自然》雜志上。