זווית קסם

בשנה שעברה הציגה קבוצת מדענים את תוצאות המחקר שזעזע את קהילת הפיזיקה. התברר שגליונות גרפן בעובי אטום אחד בלבד מקבלים תכונות פיסיקליות יוצאות דופן כאשר הם מסובבים בזווית ה"קסם" הנכונה זה ביחס לזה (1).

במפגש מרץ של האגודה האמריקנית לפיזיקה בבוסטון, שם היו אמורים להיות מוצגים פרטי המחקר בפרספקטיבה זו, נאסף קהל של מדענים. יש הרואים את הגילוי של מדענים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס תחילתו של עידן חדש.

בשנה שעברה, צוות של פיזיקאים בראשות פבלו ז'רילו-הררו הניח זוג יריעות גרפן זו על גבי זו, קיררו את המערכת עד לאפס מוחלט, וסובבו גיליון אחד ב-1,1 מעלות לאחר. החוקרים הפעילו מתח, והמערכת הפכה למעין מבודד, שבו האינטראקציה בין האטומים עצמם לבין החלקיקים מעכבת את תנועת האלקטרונים. ככל שהוכנסו יותר אלקטרונים למערכת, המערכת הפכה למוליך-על שבו מטען חשמלי יכול לנוע ללא התנגדות..

— — opowiadał Jarillo-Herrero w serwisie Gizmodo. —

ההשפעות הקסומות הללו של סיבוב זוויתי קשורות למה שנקרא פסים (פסי מוארה). זהו מעין דפוס פס שנוצר כתוצאה מהפרעות (סופרפוזיציה) של שני רשתות של קווים המסובבים בזווית מסוימת או נתונים לעיוות (מעוות זה ביחס לזה). אם, למשל, מניחים רשת אחת על משטח שטוח ורשת אחרת מחוברת לחפץ מעוות, אזי יופיעו פרנזים מוארה. הדפוס שלהם יכול להיות מורכב מאוד, והמיקום יהיה תלוי בעיוות של האובייקט הנבדק.

התוצאות של חוקרי ה-MIT שוכפלו על ידי מספר צוותים, אם כי האימות עדיין נמשך ופיזיקאים עדיין חוקרים את מהות התופעה. במהלך השנה האחרונה, יותר ממאה מאמרים חדשים בנושא זה הופיעו בשרת arXiv. נזכרתי שלפני כמעט עשר שנים חזו תיאורטיקנים את הופעתן של השפעות פיזיקליות חדשות במערכות גרפן מסובבות ומפותלות כאלה. עם זאת, פיזיקאים עדיין לא מבינים שאלות רבות הנוגעות למקור תופעת מוליכות העל ולטבעם של מצבים דיאלקטריים בגרפן.

לדברי הרילו-הררו, העניין בנושא נובע גם מכך שלאחרונה הקטעים ה"חמים" בפיזיקה, כלומר. מחקר גרפן וחומרים דו מימדיים אחרים, תכונות טופולוגיות חומרים (מאפיינים שאינם משתנים למרות שינויים פיזיים), חומר סופר קר ונפלא תופעות אלקטרוניותהנובעים מהאופן שבו אלקטרונים מופצים בחומרים מסוימים.

עם זאת, נרגש מדי מהתגלית החדשה ומהיישומים הפוטנציאליים שלה במכשירים אלקטרוניים, כמה עובדות מתקררות. למשל, יריעות הגרפן המסתובבות בזווית קסומה חייבות לשמור על טמפרטורה של 1,7 מעלות קלווין מעל האפס המוחלט, ומסתבר שהן "העדיפו" שלא יוחזקו בזווית של 1,1 מעלות - בדיוק כמו ששני מגנטים לא עושים זאת. רוצים לגעת אחד בשני באותם מוטות. זה גם מובן שחומר דק כמו אטום אחד קשה לתמרן.

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.