Twisted 2-D materiale giver ny indsigt i stærkt korreleret 1-D fysik

Forskere fra Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) i Hamborg, RWTH Aachen University (begge i Tyskland) og Flatiron -instituttet i USA har afsløret, at mulighederne, der er skabt ved at stable to ark atomtyndt materiale oven på hinanden ved et twist, er endnu større end forventet.

De fire forskere undersøgte germanium selenid (GeSe), et materiale med en rektangulær enhedscelle, frem for at fokusere på gitter med tre- eller seksfoldige symmetrier som grafen eller WSe ₂ . Ved at kombinere store ab-initio- og densitetsmatrix-renormaliseringsgruppeberegninger, forskerne viste, at Moiré-interferensmønsteret vil skabe parallelle ledninger af korrelerede endimensionelle systemer. Deres arbejde er nu blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

Dette udvider betydeligt mulighederne for realiserbare strukturer ved hjælp af Moiré -vridningsfysik og giver et indhent i det udfordrende spørgsmål om, hvordan et korreleret system krydser over fra to dimensioner til en. Fordi partiklerne ikke kan passere hinanden, som de ville i en multidimensionel kontekst, endimensionelle systemer er spændende, da korrelationer nødvendigvis fører til kollektive ophidselser.

Dante Kennes siger, at den kombinerede analyse af de to numeriske metoder gav store resultater:"Vi var i stand til at klassificere fasediagrammet for to ark snoet GeSe og fandt en overflod af realiserbare faser af stof, herunder korrelerede Mott-isolatorer og den såkaldte Luttinger Liquid-fase, som afslører fysik, der trodser vores uafhængige partikelbillede på grundlæggende måder. "Lede Xian tilføjer:" Vi etablerede snoet GeSe som en spændende platform for at forstå stærkt korreleret 1D -fysik og crossover fra en til to dimensioner på en meget afstemmelig og eksperimentelt tilgængelig måde. "

Denne forskning åbner mange fremtidige retninger. En særlig spændende tilgang er at erstatte elementer i GeSe for at opnå en højere spin-orbit-kobling. Martin Claassen fra Center for Computational Quantum Physics på Flatiron Institute påpeger:"Kobling af et sådant system til et superledende substrat ville resultere i topologisk beskyttede Majorana -kanttilstande under de rigtige forhold." Disse stater er særlig vigtige, da de kunne bruges som såkaldte qubits; kvanteækvivalenten af ​​en klassisk bit, som er den grundlæggende beregningsbygning.

Derfor, evnen til at oprette mange parallelle Moiré -ledninger med Majoranas fastgjort i deres ender afslører en spændende fremtidig vej for at låse topologisk kvantecomputing op på en naturlig skalerbar måde. Ángel Rubio, direktøren for MPSD's teoriafdeling, konkluderer:"Det nuværende arbejde giver værdifuld indsigt i, hvordan vridende 2-D-materialer kan bruges til at skabe egenskaber efter behov i kvantematerialer."