magischer Winkel

Letztes Jahr präsentierte eine Gruppe von Wissenschaftlern Forschungsergebnisse, die die Physik-Community schockierten. Es stellt sich heraus, dass nur ein Atom dicke Graphenschichten bemerkenswerte physikalische Eigenschaften erlangen, wenn sie im richtigen „magischen“ Winkel relativ zueinander gedreht werden (1).

Eine Schar von Wissenschaftlern versammelte sich auf der Märztagung der American Physical Society in Boston, wo Einzelheiten der Forschung aus dieser Perspektive vorgestellt werden sollten. Einige betrachten die Entdeckung von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology der Beginn einer neuen Ära.

Im vergangenen Jahr Ein Team von Physikern unter der Leitung von Pablo Jarillo-Herrero legte ein Paar Graphenschichten übereinander, kühlte das System auf nahezu den absoluten Nullpunkt ab und drehte eine Schicht in einem Winkel von 1,1 Grad zur anderen. Die Forscher legten eine Spannung an und das System wurde zu einer Art Isolator, in dem die Wechselwirkung zwischen den Atomen und Teilchen selbst die Bewegung von Elektronen verhindert. Je mehr Elektronen in das System eingebracht wurden, desto mehr wurde das System zu einem Supraleiter, in dem sich elektrische Ladung ohne Widerstand bewegen konnte..

— — opowiadał Jarillo-Herrero w serwisie Gizmodo. —

Diese magischen Effekte der Winkeldrehung hängen mit dem sogenannten zusammen Band (Moiré-Streifen). Dabei handelt es sich um eine Art Streifenmuster, das durch die Interferenz (Überlagerung) zweier um einen bestimmten Winkel gedrehter oder verformter (im Verhältnis zueinander verzerrter) Liniengitter entsteht. Wenn beispielsweise ein Netz auf einer ebenen Fläche platziert wird und das andere Netz an einem deformierten Objekt befestigt wird, entstehen Moiré-Streifen. Ihr Muster kann sehr komplex sein und ihre Position hängt von der Verformung des zu testenden Objekts ab.

Die Ergebnisse der MIT-Forscher wurden von mehreren Teams wiederholt, obwohl die Tests noch andauern und Physiker das Phänomen noch untersuchen. Im vergangenen Jahr sind auf dem arXiv-Server mehr als hundert neue Artikel zu diesem Thema erschienen. Ich erinnerte mich, dass Theoretiker vor fast zehn Jahren die Entstehung neuer physikalischer Effekte in solchen gedrehten und verdrehten Graphensystemen vorhergesagt hatten. Allerdings verstehen Physiker noch immer viele Fragen zum Ursprung des Phänomens der Supraleitung und zur Natur der dielektrischen Zustände in Graphen.

Laut Jarillo-Herrero liegt das Interesse an dem Thema auch daran, dass in jüngster Zeit „heiße“ Bereiche der Physik, also Graphenforschung und andere zweidimensionale Materialien, topologische Eigenschaften Materialien (Eigenschaften, die sich trotz physikalischer Veränderungen nicht verändern), superkalte Materie und wunderbar elektronische Phänomenedie aus der Art und Weise entstehen, wie Elektronen in manchen Materialien verteilt sind.

Diejenigen, die von der neuen Entdeckung und ihren möglichen Anwendungen in elektronischen Geräten übermäßig begeistert sind, werden jedoch durch bestimmte Fakten gebremst. Zum Beispiel die Tatsache, dass Graphenblätter, die in einem magischen Winkel gedreht werden, eine Temperatur von 1,7 Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt aufrechterhalten müssen, und außerdem stellt sich heraus, dass sie es „vorziehen“, nicht in einem Winkel von 1,1 Grad gehalten zu werden – genau wie zwei Magnete wollen einander nicht berühren. Die gleichen Pole. Es ist auch verständlich, dass es schwierig ist, ein Material zu manipulieren, das nur ein Atom dick ist.

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.