Den magiske vinkel af snoet grafen

grafen, et todimensionelt materiale, der udelukkende består af kulstof, har afsløret ekstraordinære egenskaber, inklusive termisk og elektrisk ledningsevne, gennemsigtighed, og fleksibilitet. Når det kombineres, disse egenskaber bliver særligt interessante i en tidsalder med berøringsskærme og fleksibel elektronik. "I modsætning til 3D-materialer, grafen har en højde reduceret til atomets ultimative dimension. Det er derfor et carbonatomplan, " forklarer prof. Jean-Christophe Charlier, en specialist i nanoskopisk fysik ved Institute of Condensed Matter and Nanosciences of UCLouvain.

I en undersøgelse offentliggjort i Natur , videnskabsmanden og hans team dissekerede elektronernes adfærd, når to lag grafen overlejret i en vinkel på 1,1 grader (den såkaldte 'magiske vinkel') producerer en moiré-effekt. Velkendt af fotografer, malere og modespecialister, denne optiske effekt består af en figur sammensat af mørke og lyse domæner, der er et resultat af overlejring af to gitter. "Når to lag grafen overlejres med denne magiske vinkel, de giver anledning til superledning. De leder derfor elektricitet uden modstand, " siger prof. Charlier.

Denne egenskab er mere end nyttig til at transportere elektricitet uden tab af energi. "Vi har vist, at de to grafenplaner snoet på denne måde interagerer og fører til en omstrukturering af atomerne til domæner, hvor elektroner er fanget og lokaliseret i rummet." Imidlertid, Per definition, elektroner har en tendens til at bevæge sig væk fra hinanden, frastødes af deres respektive negative ladninger. "For at begrænse deres interaktioner, elektronerne kan organisere sig ved at justere deres spin, hvilket giver dem magnetiske egenskaber, eller ved at danne en isolator, eller ved at parre for at producere superledning." Det er det sidste, der forekommer i tilfælde af dobbeltlagsgrafen snoet i den magiske vinkel. Derudover, forskerne har vist, at fononer, atompartikler, der er ansvarlige for vibrationer i faste materialer, er også fanget i domænerne dannet af den snoede grafen.

Syntesen af ​​nye 2-D materialer og observationen af ​​de ekstraordinære egenskaber, der kan udledes af dem, har ført til en twistronics dille drevet af ideen om en dag at kunne skabe strukturer med de ønskede egenskaber 'mursten for mursten,' "eller at ekstrapolere viden erhvervet om simple materialer, såsom grafen, til mere komplekse materialer, giver mulighed for bedre kontrol eller ydeevne af superledende systemer i hverdagen. Eksempler inkluderer de superledende spoler i japanske magnetiske levitationstog (Maglev), som svæver over skinnerne, eller den superledende magnet i magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) udstyr.