一個國際研究小組在《自然-物理學》上報告了當紅外光照射時，光和電子如何在材料中協同運動。當兩層石墨烯一層放在另一層上面，並在它們之間扭曲一個非常小的角度時，就會形成一個”摩爾紋”，事實證明該系統的物理特性會發生巨大的變化。特別是，在1度的”神奇”角度附近，電子的速度急劇下降，有利於電子之間的相互作用。這種相互作用在扭曲的雙層石墨烯中產生了一種新型的超導性和絕緣性相。
伴隨着在過去三年中發現的許多其他迷人的特性，這種材料已被證明顯示出極其豐富的物理現象，但最重要的是，它已被證明是一種易於控制的量子材料。現在，儘管這種碳制材料表現出了這種驚人的多樣化狀態，但扭曲的雙層石墨烯和光之間的相互作用在理論層面上被證明具有迷人的結果，但到目前為止還沒有實驗能夠明確顯示這種相互作用是如何進行的。
在最近發表在《自然-物理學》上的一項工作中，ICFO的研究人員Niels Hesp、Iacopo Torre、David Barcons-Ruiz和Hanan Herzig Sheinfux在ICREA教授Frank Koppens的幫助下，與Pablo Jarillo-Herrero教授的研究小組合作，研究了石墨烯與光之間的關係。Pablo Jarillo-Herrero（麻省理工學院）、Marco Polini（比薩大學）、Efthimios Kaxiras（哈佛大學）、Dmitri Efetov（ICFO）和NIMS（日本）的研究小組合作，發現扭曲的雙層石墨烯可用於引導和控制納米級的光線。這是可能的，這要歸功於光和材料中電子的集體運動之間的互動。
通過利用質子的特性，即電子和光作為一個相干的波一起運動，科學家們能夠觀察到質子在材料中的傳播，同時被強烈地限制在材料中，直至納米級。此外，通過觀察材料中發生的不尋常的集體光學現象，他們能夠理解電子的類型特殊屬性。這種對局限在納米級的傳播光的觀察，可以作為對氣體和生物分子進行光學感應的平台。
為了獲得這一發現的結果，該團隊使用了一台近場顯微鏡，它可以以20納米的空間分辨率探測光學特性，這一分辨率超越了衍射極限。簡而言之，科學家們取了兩層石墨烯，把它們一個放在另一個上面，同時把它們扭轉到接近神奇的角度，然後在室溫下，用紅外光照亮材料的一個納米級點。他們看到質子的行為與通常的質子非常不同，例如在金屬或石墨烯中的質子，這種偏差與雙層石墨烯的moiré超晶格中電子的特殊運動有關。
這項工作為在低溫下對扭曲的雙層石墨烯的奇異相位進行納米光學研究奠定了第一塊基石。特別是，它證明了扭曲的雙層石墨烯是一種非凡的納米光子材料，特別是由於它不需要外部電壓就可以激發。