近年来，随着二维材料研究的蓬勃发展，石墨烯因其卓越的电子性质成为物理学和材料科学领域的热门焦点。尤其是在角度变形的多层石墨烯系统，如扭曲双层和三层石墨烯中，因其独特的莫尔电子结构，表现出众多令人兴奋的量子现象。扭曲三层石墨烯（Twisted Trilayer Graphene，简称TTG）因其同时具备轻电子与重电子两种截然不同的电子态，正逐步成为探索复杂弱关联和强关联电子现象的理想平台。本文将深入探讨TTG中轻电子与重电子间的可调控相互作用，探讨其基础物理机制、实验观察及未来应用潜力。 扭曲三层石墨烯的结构独特，通常由三层单原子厚度的石墨烯片层组成，其中至少一层相对于另一层发生小角度扭转。这种几何上的扭曲产生了周期性莫尔结构，进而导致能带的重塑，出现了扁平能带和平展能带的共存。
扁平能带因其极低的能带宽度，使电子有效质量显著增大，表现为重电子行为；而平展能带则维持较高的能带宽度，从而表现出轻电子的特性。这样的电子结构掀起了科学界对轻重电子共存与相互作用的浓厚兴趣。 在TTG中，轻电子通常表现为近似线性的狄拉克费米子，具有较高的迁移率和较低的有效质量，能够自由穿行于材料中。而重电子则由于扁平带的强能量局限性而带来电子态密度的大幅提高，从而增强了电子之间的相互作用，促进产生诸如强关联绝缘态和超导态等量子相。轻电子和重电子的并存不仅丰富了石墨烯体系内的电子物理现象，也为调控材料的电子性质提供了更加灵活的途径。 最近一系列尖端实验利用扫描单电子晶体管（Scanning Single-Electron Transistor，扫描SET）技术，成功对TTG的局部电子压缩率进行了高精度测量。
通过这种技术，研究人员发现，即使在扁平能带出现能隙，轻电子依然能够在费米能级附近保留有限的载流人口，这表明两种电子态并非完全彼此独立，而是在莫尔超晶格中存在显著的耦合与相互调整。实验中对不同电荷载流子密度的系统响应显示，光电子的存在对重电子的关联相态的稳定起到了重要作用，进一步支持了两者之间的调谐机制。 另一个值得关注的现象是TTG在高磁场下近中性点处的相变序列，该相变具有复杂的空间依赖性，但在尺度接近十微米的范围内表现出稳定性，说明莫尔超晶格的局部环境及电子间的长程相互作用对相变行为起到了关键调节作用。理论计算表明，线性狄拉克费米子所在的狄拉克子能带可以被视为类似于自旋与谷自由度的“味”自由度，这为探索新颖的量子态谱系提供了理论基础。 除基础物理发现外，TTG的轻重电子耦合效应还催生了新型超导现象与拓扑态的研究热潮。与传统单一能带材料相比，TTG展现出更宽广的超导相位图，显示了由能带间相互作用强化的超导稳定性。
轻电子的高导电性能和重电子的强关联特性相结合，使得此类材料在设计下一代电子器件方面具备独特优势，例如可调的超导开关、量子计算平台以及高灵敏度传感器。 与此同时，理论模型及数值模拟对于理解TTG中电子行为起到不可替代的作用。基于从无相互作用模型到含库仑相互作用的平均场模型的多层次分析，研究人员阐释了轻重电子的分布、能带重叠状态及由此衍生的宏观量子态。特别是计算模拟复现了与实验相符的霍夫施塔特能谱和填充因子，证明了理论框架在处理复杂多能带系统中的有效性和实用性。 TTG作为一个高度可调的二维电子系统，不仅允许通过调节扭转角度、电荷密度、外加电场及磁场等手段灵活控制其电子态，还为探索更加多样的电子相互作用机制创造了条件。未来的研究方向包含深入挖掘不同自由度（如自旋、谷、味等）之间的耦合关系，开发基于TTG的量子信息器件，以及拓展多层石墨烯家族材料在新型电子和拓扑量子材料领域的应用潜力。
总之，扭曲三层石墨烯中轻电子与重电子的可调相互作用不仅深化了我们对强关联电子系统的认识，也为量子材料科学开辟了一条富有前景的道路。凭借完善的实验技术和日益成熟的理论分析，TTG及其同类材料将持续引领未来材料科学的发展，推动新一代电子技术与量子计算器件的创新。广大科研人员和工程师们对这一领域的关注和投入，势必催生更多突破，推动我们向对复杂量子系统的全面理解不断前进。
