A Twistronics (az angol twist és angol electronics szóból ) a szilárdtestfizika egyik ága, amely a kétdimenziós anyagok rétegei közötti elfordulás (csavarodás) szögének fizikai tulajdonságaikra gyakorolt hatását vizsgálja [1] [2] . Kísérletileg és elméletileg kimutatták, hogy az olyan anyagok, mint a kétrétegű grafén , teljesen eltérő elektronikus viselkedést mutatnak, a nem vezetőtől a szupravezetőig , a rétegek közötti téves orientáció szögétől függően [3] [4] . A kifejezés először a Harvard Egyetem Efthymios Kaxiras kutatócsoportjának munkájában jelent meg a grafén szuperrácsok elméleti vizsgálata során [1] [5] .
2007-ben a Szingapúri Nemzeti Egyetem fizikusa, Antonio Castro Neto azt feltételezte, hogy két egymáshoz képest eltolt grafénlap összenyomása új elektromos tulajdonságokhoz vezethet, és külön is felvetette, hogy a grafén utat nyithat a szupravezetés felé, de ezt a két ötletet nem vette figyelembe. közösen [4] . 2010-ben a chilei Federico Santa Maria Műszaki Egyetem kutatói azt találták, hogy egy bizonyos, 1 fokhoz közeli szögnél a csavart kétrétegű grafén elektronszerkezetére vonatkozó lineáris diszperziós törvény helyett nulla Fermi-sebességű állapot jön létre. , vagyis a zóna teljesen lapossá válik [6] . Ez alapján felvetették, hogy a rendszerben kollektív hatások jelentkezhetnek. 2011-ben Allan McDonald és Rafi Bistritzer egy egyszerű elméleti modell segítségével azt találta, hogy a korábban talált "varázsszög" esetén megváltozik az az energiamennyiség, amelyre egy szabad elektronnak szüksége lenne a két grafénlap közötti alagúthoz . radikálisan [7] . 2017-ben a Harvard Egyetem Efthymios Kaxiras kutatócsoportja részletes kvantummechanikai számításokkal pontosította a grafén két rétege közötti elfordulási szög jelentését, amely szokatlan elektronok viselkedését okozhatja ebben a kétdimenziós rendszerben [1] . 2018-ban Pablo Jarillo-Herrero , az MIT professzorának csoportja felfedezte, hogy a varázsszög az austini Texasi Egyetem tudósai által megjósolt szokatlan elektromos tulajdonságokhoz vezetett [8] . Ha kellően alacsony hőmérsékleten 1,1 fokkal forognak, az elektronok egyik rétegből a másikba átjutnak, rácsot hozva létre, és szupravezetést mutatnak [9] .
E felfedezések közzététele számos elméleti munka megjelenéséhez vezetett, amelyek célja ennek a jelenségnek a megértése és magyarázata [10] , valamint számos kísérlet [3] , amely különböző számú réteget, a rétegek egymáshoz viszonyított elfordulási szögeit és különböző anyagok [4] [11] .
A szupravezetés elméleti előrejelzéseit megerősítette Pablo Jarillo-Herrero csoportja a Massachusettsi Technológiai Intézetben, valamint munkatársai a Harvard Egyetemen és a Nemzeti Anyagtudományi Intézetben Tsukuba-ban ( Japán). 2018-ban megerősítették, hogy szupravezetés létezik a kétrétegű grafénben , ahol az egyik réteg 1,1°-kal el van forgatva a másikhoz képest, és így moaré mintázat alakul ki 1,7 K hőmérsékleten [2] [12] [13] . Mágneses térben a szupravezető állapot bizonyos koncentrációknál átment a dielektromos állapotba.
Egy másik vívmány a twistonia területén egy módszer felfedezése a szupravezető utak kis feszültségeséssel történő be- és kikapcsolására [14] .
Kísérleteket végeztek grafénrétegek más anyagokkal való kombinációjával is, amelyek heterostruktúrákat képeznek atomosan vékony lemezek formájában, amelyeket gyenge van der Waals erő tart össze [15] . Például a Science folyóiratban 2019 júliusában megjelent tanulmány kimutatta, hogy a két grafénlap közé bór-nitrid rács hozzáadásával , 1,17°-os szögben, egyedülálló orbitális ferromágneses hatások léptek fel, amelyek felhasználhatók a memória kvantumban való megvalósítására . számítógépek [16] . A varázsszögben csavart kétrétegű grafén további spektroszkópiai vizsgálatai erős elektron-elektron korrelációt mutattak [17] .
A bostoni Northeastern Egyetem kutatói azt találták, hogy bizonyos forgási fokon egy csak elektronokból álló réteg jelenik meg a szelenid és a bizmut-dikalkogenid két, kétdimenziós elemi rétege között [18] . Úgy tűnik, hogy a két réteg közötti kvantum és fizikai összehangolási hatások "tócsa" régiókat hoznak létre, amelyek az elektronokat egy stabil rácsba csapdázzák. Mivel ez a stabil rács csak elektronokból áll, ez az első megfigyelt nem atomi rács, és új lehetőségeket kínál az elektrontranszport szabályozására, mérésére és tanulmányozására.
Kimutatták, hogy egy háromrétegű szerkezet, amely két grafénrétegből és egy kétdimenziós bór-nitridrétegből áll, szupravezető, dielektromos és ferromágneses fázisokkal rendelkezik [19] .
A twistronikai ötleteket az utóbbi években egyre gyakrabban alkalmazzák a fény terjedésének szabályozására nanofotonikai rendszerekben [20] . Számos közlemény közvetlenül a réteges struktúrák elektronikus tulajdonságainak tanulmányozásából ihletett, és analógia útján a kétdimenziós anyagok egymáshoz képest elforgatott rendszereinek optikai tulajdonságait vizsgálja. A Moiré szuperrácsok használhatók például fotonikus kristályként a grafén plazmon polaritonjaihoz [21] , félvezető anyagokon alapuló rendszerekben (kétdimenziós átmenetifém dikalkogenidek ) [22] az excitonok tulajdonságainak szabályozására, a diszperzió szabályozására. felületi polaritonok , ami lehetővé teszi az elektromágneses hullámcsatornázási mód egy bizonyos „varázslatos” szögénél való elérését [23] [24] , lézergenerálás megvalósítását fotonikus gráfszerű szerkezetben [25] . A Twistronics az egymásra halmozott és bizonyos szögben elforgatott metafelületek vizsgálatához is kapcsolódik, hogy királis vagy bianizotróp választ valósítson meg [26] .