Твистроника – научная отрасль, исследующая то, как угол (изгиб) между слоями двумерных материалов может менять их электрические свойства. Такие вещества, как графен, показали крайне различные свойства (от диэлектрических до сверхпроводящих) в зависимости от угла между слоями.
История
В 2007 году ученый Антонио Кастро Нетто из Национального университета Сингапура предположил, что сжатие двух несоосных листов графена может вызвать новые электрические свойства, а также – что графен может дать ключ к сверхпроводимости. Но он не совместил эти идеи.
Теоретическая основа твистроники была развита в статье 2011 года за авторством Алана МакДональда, который предположил, что определенный «волшебный угол» может коренным образом изменить количество энергии свободных электронов, требующихся для туннелирования, между двумя листами графена.
Эта гипотеза была подтверждена Пабло Харилльо-Херреро и его студентов Юанем Као из МТИ, а также – их коллегами из Гарварда и Государственного института материаловедения в Цукубе (Япония). В 2018 году они подтвердили, что сверхпроводимость существует в двухслойном графене, где один слой был расположен под углом 1,1 ° к другому, формируя Муаровый узор при температуре в 1,7 К (-274,45 °С или -456,61 °F).
Юань Као создал два двухслойных устройства, которые повели себя в магнитном поле не как проводники, а как изоляторы. После увеличения силы поля второе устройство превратилось в сверхпроводник. Так как единственная переменная - сила магнитного поля, изучение сверхпроводимости в двухслойном графене проходит куда быстрее, и оно – удобнее, чем работа с многоэлементными кристаллами купратов (солей медной кислоты).
Также проводились эксперименты с использованием слоев графена и других материалов, формирующих гетероструктуры в форме листов толщиной в несколько атомов, сдерживаемых слабо выраженной силой Ван-дер-Ваальса.
К примеру, в журнале «Science» за июль 2019 года было опубликовано исследование, в ходе которого было обнаружено, что добавление нанорешеток из нитрида бора между двумя слоями графена под углом 1,17 ° приводит к появлению уникальных эффектов орбитального намагничивания, что можно применять для создания памяти в квантовых компьютерах. Дальнейшие исследования переплетенных слоев двухслойного графена с использованием спектроскопии выявили сильную корреляцию электронов под магическим углом.
Публикация этих открытий создала множество теоретических документов, авторы которых стремятся понять и объяснить феномен, а также дала толчок множеству экспериментов с использованием различного числа слоев, углов скручивания и других материалов.