magiczny kąt

W zeszłym roku grupa naukowców przedstawiła wyniki badań, które zszokowały społeczność fizyków. Okazuje się, że arkusze grafenu o grubości zaledwie jednego atomu uzyskują niezwykłe właściwości fizyczne, gdy zostaną obrócone względem siebie pod odpowiednim „magicznym” kątem (1).

Tłumy naukowców zebrały się na marcowym posiedzeniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Bostonie, gdzie miały zostać zaprezentowane szczegóły badań z tej perspektywy. Niektórzy uważają, że odkrycie dokonali naukowcy z Massachusetts Institute of Technology początek nowej ery.

W zeszłym roku, Zespół fizyków pod kierownictwem Pabla Jarillo-Herrero umieścił parę arkuszy grafenu jeden na drugim, schłodził system do temperatury bliskiej zera absolutnego i obrócił jeden arkusz pod kątem 1,1 stopnia względem drugiego. Naukowcy przyłożyli napięcie, a układ stał się swego rodzaju izolatorem, w którym interakcja pomiędzy atomami i samymi cząsteczkami uniemożliwia ruch elektronów. W miarę wprowadzania do układu większej liczby elektronów układ stał się nadprzewodnikiem, w którym ładunek elektryczny mógł poruszać się bez oporu..

— — opowiadał Jarillo-Herrero w serwisie Gizmodo. —

Owe magiczne efekty kątowego obrotu mają związek z tzw. paski (paski mory). Jest to rodzaj wzoru paskowego powstałego w wyniku interferencji (superpozycji) dwóch siatek linii obróconych pod pewnym kątem lub poddanych deformacji (zniekształconych względem siebie). Jeśli np. jedną siatkę położymy na płaskiej powierzchni, a drugą przymocujemy do zdeformowanego obiektu, pojawią się paski mory. Ich wzór może być bardzo złożony, a ich lokalizacja będzie uzależniona od deformacji badanego obiektu.

Odkrycia badaczy z MIT zostały powtórzone przez wiele zespołów, chociaż badania wciąż trwają, a fizycy nadal badają to zjawisko. W ciągu ostatniego roku na serwerze arXiv pojawiło się ponad sto nowych artykułów na ten temat. Przypomniałem sobie, że prawie dziesięć lat temu teoretycy przewidywali pojawienie się nowych efektów fizycznych w takich obróconych i skręconych układach grafenowych. Jednak fizycy wciąż nie rozumieją wielu pytań dotyczących genezy zjawiska nadprzewodnictwa i natury stanów dielektrycznych w grafenie.

Według Jarillo-Herrero zainteresowanie tematem wynika także z faktu, że ostatnio „gorące” działy fizyki, tj. badania nad grafenem i innych dwuwymiarowych materiałów, właściwości topologiczne materiały (właściwości, które nie zmieniają się pomimo zmian fizycznych), super zimna materia i cudowne elektroniczne zjawiskaktóre wynikają ze sposobu rozmieszczenia elektronów w niektórych materiałach.

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.