alt=|mini|293x293px|Moiré-uzorak stvoren preklapanjem dvaju zakrenutih slojeva grafena, dvozimenzionalnog materijala sastavljena od atoma ugljika Twistronika je proučavanje promjena elektroničkih svojstava preklopljenih dvodimenzionalnih materijala kada su jedan prema drugome zakrenuti za određen, obično malen kut. Preklapanjem nastaju superrešetke sa svojstvenim moiré-uzorkom. Naziv dolazi od engleskih riječi twist za zakrenuti i electronics za elektroniku. Pokazalo se da materijali poput dvoslojnog grafena imaju znatno različito elektroničko ponašanje, od nevodljivog do supravodljivog, koje osjetno ovisi o kutu između slojeva.
Povijest Godine 2007. fizičar Antonio H. Castro Neto s Nacionalnog sveučilišta Singapura postavio je hipotezu da bi priljubljivanje dvaju neporavnatih slojeva grafena moglo dati nova električna svojstva te je zasebno predložio da bi grafen mogao dati supravodljivost, ali nije povezao te dvije ideje. Godine 2010. istraživači u laboratoriju Eve Andrei na Sveučilištu Rutgers u Piscatawayu u New Jerseyju otkrili su zakrenuti dvoslojni grafen kroz njegov definirajući moiré uzorak i pokazali da kut ima snažan utjecaj na strukturu elektronskih vrpca mjereći uvelike renormalizirane van Hoveove singularitete. Iste su godine istraživači s Tehničkog sveučilišta Federico Santa María u Čileu otkrili su da za određeni kut blizu jednoga stupnja elektronska vrpca zakrenutog dvoslojnog grafena postaje potpuno ravna, pa su pretpostavili da bi moglo biti moguće kolektivno ponašanje elektrona. Godine 2011. Allan H. MacDonald sa Sveučilišta Texas u Austinu i Rafi Bistritzer otkrili su koristeći jednostavan teorijski model da se za prethodno pronađeni magični kut količina energije potrebna slobodnom elektronu za tuneliranje između dvaju sloja grafena radikalno mijenja. Godine 2017. istraživačka skupina Efthimiosa Kaxirasa s Harvardova sveučilišta koristila je detaljne kvantnomehaničke izračune kako bi smanjila neodređenost u kutu zakretanja između slojeva grafena, što može izazvati neobično ponašanje elektrona u ovom dvodimenzionalnom sustavu; oni su prvi uveli pojam twistronike u svojoj teorijskoj obradi grafenskih superrešetaka. Godine 2018. Pablo Jarillo-Herrero, eksperimentalni fizičar na Massachusetts Institute of Technology, otkrio je da magični kut rezultira neobičnim električnim svojstvima koja su predvidjeli MacDonald i Bistritzer. Pri zakretanju od 1,1 stupnja na dovoljno niskim temperaturama elektroni prelaze iz jednog sloja u drugi, stvarajući rešetku i pojavu supravodljivosti.
Objavljivanje tih otkrića dovelo je do mnoštvo teorijskih radova koji nastoje objasniti fenomene, kao i brojnih eksperimenata koristeći različit broj slojeva, kutova i drugih dvodimenzionalnih materijala.
Pablo Jarillo-Herrero, Allan H. MacDonald i Rafi Bistritzer dobili su Wolfovu nagradu za fiziku za 2020. godinu za svoj teorijski i eksperimentalni rad na zakrenutom dvoslojnom grafenu.
Svojstva mini|Animacija dviju preklopljenih rešetaka u kojoj se superperiodičnost mijenja u ovisnosti o kutu zakretanja
Supravodljivost i nevodljivost Teorijska predviđanja o supravodljivosti potvrdili su Pablo Jarillo-Herrero i njegov student Yuan Cao s MIT-a te kolege s Harvardova sveučilišta i Nacionalnog instituta za znanost o materijalima u Tsukubi u Japanu. Godine 2018. nađeno je da supravodljivost postoji na temperaturi od 17 kelvina u dvoslojnom grafenu s rotacijom slojeva od 1,1 stupnja. Stvorili su dva dvoslojna uređaja koji su umjesto kao vodič djelovali kao izolator bez magnetskog polja, a s povećanjem jakosti polja jedan je postao supravodič.
Heterostrukture Eksperimenti su također provedeni na heterostrukturama grafena s drugim plošnim materijalima koje zajedno drži slaba Van der Waalsova sila. Na primjer, studija objavljena u časopisu Science u srpnju 2019. otkrila je da su dodavanjem rešetke borova nitrida između dva lista grafena proizvedeni jedinstveni orbitalni feromagnetski efekti pod kutom od 1,17°, što bi se moglo koristiti za stvaranje memorije u kvantnim računalima. Daljnja spektroskopska istraživanja uvijenog dvoslojnog grafena otkrila su jake elektron-elektron korelacije pod magičnim kutom.
Izvori
Kategorija:Fizika čvrstog stanja