石墨烯是一种由单层碳原子构成的具有六角蜂窝结构的二维材料,其碳-碳键以sp2键结合。由于它具有独特的二维结构以及优异的物理属性(包括电学、力学、热学和光学性质),使其在物理学、材料科学、化学等多个领域都引起了广泛关注。 应变石墨烯中的晶格形变会极大的影响其低能区电子的行为和性质,一些特定的应变结构对电子行为的影响可以等效 于一个垂直磁场的作用,从而有可能在石墨烯中实现零磁场下的朗道量子化。我们通过扫描隧道显微镜和扫描隧道谱对应变石墨烯进行了系统的研究,证明了应变结构能产生一个巨大的赝磁场,在这一赝磁场的作用下不但能在77K实现零磁场下的朗道量子化,而且还可以实现零磁场下的一维朗道量子化和谷极化。其中应变诱导的石墨烯中的一维朗道量子化和谷极化是全新的量子体系,通过加外磁场在二维体系是很难实现的。这些应变诱导的新奇量子效应预示着在石墨烯中能实现高温零磁场量子霍尔效应和量子谷霍尔效应。更重要的是,我们证明了石墨烯中应变诱导的赝磁场能达到几百特斯拉,这比实验室里获得的真实磁场大得多,从而有可能提供一个前所未有的体系来研究超强磁场下的新奇物理效应.石墨烯只有一层原子厚,所有的碳原子都暴露在外,这为科学家们提供了一个可以调控其结构与性质的理想体系。我们创新性地提出可以利用另一层石墨烯来调制单层石墨烯的物理性质(即堆垛形成双层有转角石墨烯)。我们利用扫描隧道显微镜对小转角双层石墨烯的电子结构进行了一系列研究。证明双层有转角石墨烯的狄拉克锥由于层间耦合作用会交叠并产生两个鞍点,这两个鞍点在电子态密度上引起两个范霍夫奇异峰,我们系统研究了这两个范霍夫峰的峰间距随转角的变化关系, 证明了转角可以有效的调制该体系的能带结构。 石墨烯中的准粒子是狄拉克费米子,具有手征性。单层石墨烯中,无质量的狄拉克费米子具有赝自旋1/2,其手征性保证了垂直入射势垒的准粒子可以完全透射,这一现象是克莱因佯谬的直接体现。双层Bernal型石墨烯中,有质量的狄拉克费米子具有赝自旋1,其手征性导致准粒子垂直入射势垒时表现为完全反射。我们研究的双层有转角石墨烯的能带结构在低能量时具有单层石墨烯的能带特征,在高能量时具备双层Bernal型石墨烯的能带特征,因此它有可能结合单层和双层Bernal型石墨烯的电学特征而表现出独特的物理性质。我们从理论上研究了双层有转角石墨烯中准粒子的手征性和手征隧穿问题。发现该体系中的准粒子具有可调控的手征性,对势垒隧穿时其透射概率受入射能量和势垒参数(高度和宽度)的调控。我们的研究结果表明,垂直入射时调控粒子入射能量和势垒参数可以让双层有转角石墨烯中准粒子在完全透射和部分(完全)反射间转变,清楚地展现了准粒子隧穿行为与其手征性之间的关系。 双层石墨烯之间当有转角时会形成超晶格点阵:Moire 条纹。我们指出这一超晶格点阵会产生一个周期的电场作用在该体系低能区的载流子上。由于石墨烯中狄拉克费米子的手征性,我们从理论上预言Moire 条纹在双层有转角石墨烯中会引起超晶格Dirac点,这些超晶格Dirac点的位置依赖于Moire 条纹周期的大小,相关的理论预言在随后的实验报道中得到验证。我们的结果指出利用双层石墨烯的转角能有效的调制石墨烯的能带结构和电学性质,为石墨烯的电学性能的调控提供了崭新的思路。