Twisted van der Waals-materialen als een nieuw platform om exotische materie te realiseren

Onderzoekers van de MPSD, de RWTH Aachen University en het Flatiron Institute, Columbia University (beide in de VS) en een deel van het Max Planck-New York City Center for Non-equilibrium Quantum Phenomena hebben een nieuwe kijk gegeven op het potentieel van gedraaide bestelwagens der Waals-materialen voor het realiseren van nieuwe en ongrijpbare toestanden van materie en het bieden van een uniek op materialen gebaseerd kwantumsimulatieplatform.

Het team heeft een opwindende routekaart opgesteld voor het levendige veld van verwrongen van der Waals-materialen, waarbij de snelle vooruitgang die recentelijk is geboekt wordt beoordeeld en hun unieke visie op intrigerende wegen van toekomstig onderzoek wordt toegevoegd.

In hun werk, nu gepubliceerd in Natuurfysicalaat het team zien dat de toekomst van gedraaide van der Waals-materialen rooskleurig is – zowel in termen van fundamentele wetenschap als hun mogelijke toepassingen in materiaalkunde en kwantuminformatietechnologieën. Twisted van der Waals-materialen bestaan ​​uit gestapelde lagen van tweedimensionale systemen met een relatieve rotatiehoek. Ze blijken een veelzijdige gereedschapskist te bieden om vele zeer gewilde kwantummodelsystemen te realiseren, die exotische en – tot dusver – ongrijpbare materiële fasen vertonen die mogelijk relevant zijn voor de materiaalkunde en kwantumtechnologieën. Vandaar dat die verwrongen van der Waals-materialen een op materialen gebaseerde kwantumsimulator definiëren.

Dit is bijzonder spannend omdat getwiste van der Waals-materialen verleidelijke mogelijkheden bieden om schone systemen te leveren die buitengewoon goed worden gecontroleerd door de twisthoek, stapelvolgorde, substraat of poorttechnieken.

Dit artikel laat echter zien dat het potentieel van gedraaide van der Waals-materialen zelfs vermenigvuldigt wanneer het wordt gecombineerd met andere bloeiende velden van gecondenseerde materie en kwantumtechnologieonderzoek. Het potentieel voor uitbreidingen is enorm, met nog rijkere fysica die ontdekt kan worden door bijvoorbeeld de interactie van niet-evenwichtstoestanden of holtes met de al veelbelovende van der Waals-materialen te onderzoeken.

“Een van de sterke punten van deze nieuwe materialen is dat ze een ongekend niveau van afstembaarheid bieden”, zegt hoofdauteur Dante Kennes. “Dit stelt ons in staat om effectief veel van de verschillende roosterkwantummodellen te realiseren, die de afgelopen decennia centraal hebben gestaan ​​op het gebied van onderzoek naar gecondenseerde materie.”

Dus exotische fasen van materie, zoals de ongrijpbare spin-vloeistoffase of systemen met topologische eigenschappen die gunstig zijn voor kwantumtechnologieën, kunnen aan de horizon verschijnen. “We staan ​​echt aan het begin van een intrigerende reis om de enorme hoeveelheid chemische en fysische combinaties in het veld te verkennen”, bericht co-auteur Lede Xian over zijn recente werk. “Er zullen nog veel meer spannende ontdekkingen volgen, waarvan we er enkele in ons werk schetsen”, voegt medeauteur Martin Claassen toe.

Gedraaide van der Waals-materialen bieden een prachtige en formidabele experimentele uitdaging vanwege hun complexiteit. Ze openen ook volledig nieuwe routes voor het manipuleren en beheersen van kwantummaterialen, aldus Ángel Rubio, de directeur van de Theorie-afdeling van de MPSD: “Deze materialen laten ons nieuwe fasen van materie ontrafelen en beloven een breed scala aan opwindende toepassingen in kwantumtechnologieën. hebben zojuist de oppervlakte van die mogelijkheden in dit perspectiefartikel aangeraakt en we kunnen nog veel meer verrassingen verwachten tijdens deze spannende onderzoeksreis. ”

Zoals dit werk illustreert, maakt de verhouding tussen de beantwoorde vragen en interessante vragen die in de toekomst moeten worden beantwoord, dit een bijzonder veelbelovend en levendig onderzoeksgebied, voegt Ángel Rubio toe: “Deze overvloed aan opwindende nieuwe verschijnselen kan verder worden vergroot wanneer men overweegt om die systemen uit te drijven. van evenwicht of inbedden in optische holtes. Veel interessante verschijnselen wachten om voor ons te worden ontrafeld! ”