Snoede van der Waals-materialer som en ny platform til at realisere eksotisk stof

Forskere fra MPSD, RWTH Aachen University og Flatiron Institute, Columbia University (begge i USA) og en del af Max Planck—New York City Center for Non-equilibrium Quantum Phenomena har givet et nyt perspektiv på potentialet i forskruede van der Waals-materialer til at realisere nye og undvigende tilstande af stof og give en unik materialebaseret kvantesimuleringsplatform.

Holdet har lagt et spændende køreplan for det pulserende felt af snoede van der Waals-materialer, gennemgår de hurtige fremskridt, der er gjort for nylig, og tilføjer deres unikke vision om spændende muligheder for fremtidig forskning, der skal afsluttes.

I deres arbejde, nu udgivet i Naturfysik , holdet demonstrerer, at fremtiden for snoede van der Waals-materialer er lys – både med hensyn til grundlæggende videnskab såvel som deres potentielle anvendelser inden for materialevidenskab og kvanteinformationsteknologier. Twisted van der Waals materialer består af stablede lag af todimensionelle systemer i en relativ rotationsvinkel. De har vist sig at give en alsidig værktøjskasse til at realisere mange meget eftertragtede kvantemodelsystemer, som udviser eksotiske og - indtil videre - uhåndgribelige faser af materiel af potentiel relevans for materialevidenskab og kvanteteknologier. Derfor definerer disse snoede van der Waals-materialer en materialebaseret kvantesimulator.

Dette er særligt spændende, da snoede van der Waals-materialer giver fristende muligheder for at give rene systemer, som er ekstremt godt styret af vridningsvinklen, stabling sekvens, substrat- eller gatingteknikker.

Imidlertid, denne artikel viser, at potentialet i snoede van der Waals-materialer endda multipliceres, når de bringes sammen med andre blomstrende felter inden for kondenseret stof og kvanteteknologisk forskning. Potentialet for udvidelser er stort, med endnu mere rig fysik at blive afsløret af, for eksempel, ved at undersøge interaktionen mellem ikke-ligevægtstilstande eller hulrum med de allerede lovende van der Waals-materialer

"En af styrkerne ved disse nye materialer er, at de giver et hidtil uset niveau af afstemning, " siger hovedforfatter Dante Kennes. "Dette giver os mulighed for effektivt at realisere mange af de forskellige gitterkvantemodeller, som har været i centrum i de sidste par årtier inden for forskning i kondenseret stof."

Dermed, eksotiske faser af stof, såsom den undvigende spin-væske fase eller systemer med topologiske egenskaber, der er gunstige for kvanteteknologier, kan være i horisonten. "Vi er virkelig i begyndelsen af ​​en spændende rejse for at udforske den enorme mængde af kemiske og fysiske kombinationer i feltet, " medforfatter Lede Xian rapporterer om sit seneste arbejde." Mange flere spændende opdagelser, nogle af dem beskriver vi i vores arbejde, vil følge, " tilføjer forfatterkollega Martin Claassen.

Twisted van der Waals materialer tilbyder en vidunderlig og formidabel eksperimentel udfordring på grund af deres kompleksitet. De åbner også helt nye ruter til at manipulere og kontrollere kvantematerialer, ifølge Ángel Rubio, direktøren for MPSD's teoriafdeling:"Disse materialer lader os optrevle nye faser af stof og lover en bred vifte af spændende anvendelser inden for kvanteteknologier. Vi har netop rørt overfladen af ​​disse muligheder i denne perspektiviske artikel, og vi kan forvente mange flere overraskelser i denne spændende forskningsrejse."

Som dette værk illustrerer, forholdet mellem besvarede spørgsmål og interessante spørgsmål, der skal behandles i fremtiden, gør dette til et særligt lovende og levende forskningsfelt, tilføjer Ángel Rubio:"Denne overflod af spændende nye fænomener kan forstørres yderligere, når man overvejer at drive disse systemer ud af ligevægt eller indlejre dem i optiske hulrum. Mange interessante fænomener venter på at blive optrevlet foran os!"