Магический угол

В прошлом году группа ученых представила результаты исследований, которые потрясли физическое сообщество. Оказалось, что листы графена толщиной всего в один атом приобретают замечательные физические свойства, когда их поворачивают под правильным «магическим» углом по отношению друг к другу (1).

На мартовское собрание Американского физического общества в Бостоне, где должны были быть представлены подробности исследований в этом ракурсе, собралась толпа ученых. Некоторые считают открытие ученых Массачусетского технологического института начало новой эры.

В прошлом году команда физиков под руководством Пабло Харилло-Эрреро поместила пару листов графена друг на друга, охладила систему до температуры почти абсолютного нуля и повернула один лист на угол 1,1 градуса к другому. Исследователи приложили напряжение, и система стала своего рода изолятором, в котором взаимодействие между самими атомами и частицами препятствует движению электронов. По мере того, как в систему вводилось больше электронов, система становилась сверхпроводником, в котором электрический заряд мог двигаться без сопротивления..

— — opowiadał Jarillo-Herrero w serwisie Gizmodo. —

Owe magiczne efekty kątowego obrotu mają związek z tzw. полосы (муаровые полосы). Это своего рода полосовой рисунок, созданный в результате интерференции (наложения) двух сеток линий, повернутых на определенный угол или подвергнутых деформации (искаженных по отношению друг к другу). Если, например, одну сетку положить на плоскую поверхность, а другую сетку прикрепить к деформированному объекту, то появятся муаровые полосы. Их рисунок может быть очень сложным, а расположение будет зависеть от деформации тестируемого объекта.

Результаты исследователей Массачусетского технологического института были продублированы несколькими командами, хотя проверка все еще продолжается и физики все еще исследуют суть явления. За последний год на сервере arXiv появилось более сотни новых работ на эту тему. Вспомнилось, что теоретики почти десять лет назад предсказывали появление новых физических эффектов в таких повернутых и скрученных графеновых системах. Однако физики до сих пор не понимают многих вопросов, касающихся происхождения явления сверхпроводимости и природы диэлектрических состояний в графене.

По мнению Харильо-Эрреро, интерес к предмету обусловлен еще и тем, что в последнее время «горячие» разделы физики, т.е. исследование графена i innych dwuwymiarowych materiałów, топологические свойства материалы (характеристики, которые не меняются, несмотря на физические изменения), супер холодная материя и замечательный elektroniczne zjawiskaкоторые возникают из-за того, как электроны распределяются в некоторых материалах.

Jednak nadmiernie podekscytowanych nowym odkryciem i jego potencjalnymi zastosowaniami w urządzeniach elektronicznych studzą pewne fakty. Choćby to, że obrócone pod magicznym kątem arkusze grafenowe muszą zachowywać temperaturę 1,7 stopnia Kelwina powyżej zera bezwzględnego, a w dodatku okazuje się, że «wolałyby» jednak nie być trzymane pod kątem 1,1 stopnia — podobnie jak dwa magnesy nie chcą stykać się tymi samymi biegunami. Jest też zrozumiałe, że trudno manipulować materiałem o grubości tylko jednego atomu.

Jarillo-Herrero wymyślił dla odkrytych przez siebie efektów nazwę («twistronika»?, «obrotnika»? — a może «morystory», od prążków ?). Wygląda na to, że nazwa będzie potrzebna, bo wielu ludzi nauki i techniki chce badać to zjawisko i szukać dla niego zastosowań.