magische hoek

Vorig jaar presenteerde een groep wetenschappers de resultaten van onderzoek dat de natuurkundige gemeenschap schokte. Het bleek dat grafeenplaten van slechts één atoom dik opmerkelijke fysieke eigenschappen krijgen wanneer ze onder de juiste "magische" hoek ten opzichte van elkaar worden geroteerd (1).

Op de maart-bijeenkomst van de American Physical Society in Boston, waar de details van onderzoek in dit perspectief zouden worden gepresenteerd, verzamelde zich een menigte wetenschappers. Sommigen beschouwen de ontdekking van wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology het begin van een nieuw tijdperk.

Vorig jaar, een team van natuurkundigen onder leiding van Pablo Jarillo-Herrero plaatste een paar vellen grafeen op elkaar, koelde het systeem af tot bijna het absolute nulpunt en roteerde het ene blad in een hoek van 1,1 graden ten opzichte van het andere. De onderzoekers zetten een spanning aan, en het systeem werd een soort isolator, waarbij de interactie tussen de atomen zelf en de deeltjes de beweging van elektronen belemmert. Naarmate er meer elektronen in het systeem werden geïntroduceerd, werd het systeem een ​​supergeleider waarin elektrische lading zonder weerstand kon bewegen..

— — Jarillo-Herrero vertelde Gizmodo. —

Deze magische effecten van hoekrotatie zijn gerelateerd aan de zogenaamde strepen (moiré strepen). Dit is een soort streeppatroon dat ontstaat als gevolg van interferentie (superpositie) van twee rasters van lijnen die onder een bepaalde hoek zijn geroteerd of onderhevig zijn aan vervorming (vervormd ten opzichte van elkaar). Als bijvoorbeeld een gaas op een plat oppervlak wordt geplaatst en een ander gaas wordt bevestigd aan een vervormd object, dan verschijnen er moiré-randen. Hun patroon kan zeer complex zijn en de locatie zal afhangen van de vervorming van het te testen object.

De resultaten van de MIT-onderzoekers zijn door verschillende teams gedupliceerd, hoewel de verificatie nog steeds aan de gang is en natuurkundigen nog steeds de essentie van het fenomeen onderzoeken. Het afgelopen jaar zijn er meer dan honderd nieuwe artikelen over dit onderwerp verschenen op de arXiv-server. Ik herinnerde me dat bijna tien jaar geleden theoretici het verschijnen van nieuwe fysieke effecten voorspelden in dergelijke geroteerde en verwrongen grafeensystemen. Natuurkundigen begrijpen echter nog steeds niet veel vragen over de oorsprong van het fenomeen supergeleiding en de aard van diëlektrische toestanden in grafeen.

Volgens Harillo-Herrero is de interesse in het onderwerp ook te wijten aan het feit dat onlangs de "hete" secties van de natuurkunde, d.w.z. grafeen onderzoek en andere tweedimensionale materialen, topologische eigenschappen materialen (kenmerken die ondanks fysieke veranderingen niet veranderen), super koude materie en geweldig elektronische verschijnselendie voortkomen uit de manier waarop elektronen in sommige materialen zijn verdeeld.

Echter, overdreven enthousiast over de nieuwe ontdekking en de mogelijke toepassingen ervan in elektronische apparaten, koelen sommige feiten af. De grafeenplaten die onder een magische hoek zijn geroteerd, moeten bijvoorbeeld een temperatuur van 1,7 graden Kelvin boven het absolute nulpunt houden, en het blijkt dat ze "liever" niet onder een hoek van 1,1 graden zouden worden gehouden - net zoals twee magneten dat niet doen elkaar dezelfde polen willen aanraken. Het is ook begrijpelijk dat materiaal zo dun als één atoom moeilijk te manipuleren is.

Jarillo-Herrero bedacht een naam voor de effecten die hij ontdekte ("twistronika"?, "rotnik"? - of misschien "moristors", van strepen?). Het lijkt erop dat een naam nodig zal zijn omdat veel mensen in de wetenschap en technologie dit fenomeen willen onderzoeken en er toepassingen voor willen zoeken.