北京大学的研究人员找到了一种方法，能够以此前从未达到的纯度和尺寸生长菱面体石墨烯，这种层状碳材料备受物理学家青睐，却素来难以制备。该研究由物理学家刘开辉领导，于2026年7月23日发表在《科学》杂志上。
石墨烯是单层碳原子构成的薄片，多层薄片堆叠时可形成不同的排列顺序。在菱面体（即ABC）堆叠中，每一层相对于下方一层朝同一方向发生位移。这种排列下的电子会产生异常强烈的相互作用，并能形成集体量子态。但这种结构处于亚稳态：层与层之间往往会滑移，转变为更常见的堆叠方式。据《南华早报》和Interesting Engineering报道，此前研究人员通常需要用胶带从石墨上剥离薄片，再在显微镜下寻找具有正确堆叠方式的稀有样品，论文合著者Zhang Zhibin表示，这类样品在所有样品中占比不到1%。
该团队将其方法描述为一种阶梯几何诱导的外延生长策略，能够确定性地控制层与层在生长过程中的滑移方式。据已发表的报道，该方法在氧化铝表面上利用微观台阶引导堆叠顺序，并以铜镍合金作为高温催化剂和生长模板。
论文报告称，所制备的菱面体石墨烯相纯度超过99%，面积最大可达160×80微米，厚度从约15层到约120纳米不等。刘开辉表示，层数可从几十层调节至几百层。利用这些样品，研究人员编制了他们所称的首套关于该材料的完整拉曼光谱指纹和电子能带结构参考数据库，覆盖从少层薄膜到约200层的块状晶体。
对所生长材料的电学输运测量揭示出一种层间反铁磁态，以及量子反常霍尔效应，即在没有外加磁场的情况下，电流沿样品边缘流动。这类量子态被视为未来拓扑量子器件的潜在构建单元，理论上其抗噪声能力可能优于当前的量子比特。
这一进展属于材料制备方面的突破，而非器件层面的突破。相关样品仍只有微米级大小，论文也并未展示可实际工作的量子器件。研究人员表示，材料制备是进一步研究的基础，该团队计划将较小的样品拼接起来，制成尺寸更大、可用于器件制造的薄片。
论文合著者来自北京大学、苏州实验室、上海科技大学、武汉大学和中国科学院物理研究所。
