μαγική γωνία

Πέρυσι, μια ομάδα επιστημόνων παρουσίασε ερευνητικά αποτελέσματα που συγκλόνισαν την κοινότητα της φυσικής. Αποδεικνύεται ότι φύλλα γραφενίου πάχους μόνο ενός ατόμου αποκτούν αξιοσημείωτες φυσικές ιδιότητες όταν περιστρέφονται στη σωστή «μαγική» γωνία μεταξύ τους (1).

Πλήθος επιστημόνων συγκεντρώθηκε στη συνάντηση του Μαρτίου της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας στη Βοστώνη, όπου επρόκειτο να παρουσιαστούν λεπτομέρειες της έρευνας από αυτή την οπτική. Κάποιοι θεωρούν την ανακάλυψη επιστημόνων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης η αρχή μιας νέας εποχής.

Πέρυσι, Μια ομάδα φυσικών με επικεφαλής τον Pablo Jarillo-Herrero τοποθέτησε ένα ζευγάρι φύλλα γραφενίου το ένα πάνω στο άλλο, ψύχθηκε το σύστημα σχεδόν στο απόλυτο μηδέν και περιστράφηκε το ένα φύλλο υπό γωνία 1,1 μοιρών ως προς το άλλο. Οι ερευνητές εφάρμοσαν μια τάση και το σύστημα έγινε ένα είδος μονωτή, στον οποίο η αλληλεπίδραση μεταξύ των ίδιων των ατόμων και των σωματιδίων εμποδίζει την κίνηση των ηλεκτρονίων. Καθώς περισσότερα ηλεκτρόνια εισήχθησαν στο σύστημα, το σύστημα έγινε ένας υπεραγωγός στον οποίο το ηλεκτρικό φορτίο μπορούσε να κινηθεί χωρίς αντίσταση..

— — opowiadał Jarillo-Herrero w serwisie Gizmodo. —

Αυτά τα μαγικά αποτελέσματα της γωνιακής περιστροφής σχετίζονται με τα λεγόμενα λωρίδες (ρίγες moiré). Αυτό είναι ένα είδος μοτίβου λωρίδας που δημιουργείται ως αποτέλεσμα της παρεμβολής (υπέρθεση) δύο πλεγμάτων γραμμών που περιστρέφονται σε μια ορισμένη γωνία ή υποβάλλονται σε παραμόρφωση (παραμορφωμένα μεταξύ τους). Εάν, για παράδειγμα, το ένα πλέγμα τοποθετηθεί σε μια επίπεδη επιφάνεια και το άλλο πλέγμα στερεωθεί σε ένα παραμορφωμένο αντικείμενο, θα εμφανιστούν λωρίδες moiré. Το σχέδιο τους μπορεί να είναι πολύ περίπλοκο και η θέση τους θα εξαρτηθεί από την παραμόρφωση του αντικειμένου που δοκιμάζεται.

Τα ευρήματα των ερευνητών του MIT έχουν αναπαραχθεί από πολλές ομάδες, αν και οι δοκιμές είναι ακόμα σε εξέλιξη και οι φυσικοί εξακολουθούν να διερευνούν το φαινόμενο. Τον περασμένο χρόνο, περισσότερες από εκατό νέες εργασίες σχετικά με αυτό το θέμα εμφανίστηκαν στον διακομιστή arXiv. Θυμήθηκα ότι σχεδόν πριν από δέκα χρόνια οι θεωρητικοί προέβλεψαν την εμφάνιση νέων φυσικών επιδράσεων σε τέτοια περιστρεφόμενα και στριμμένα συστήματα γραφενίου. Ωστόσο, οι φυσικοί εξακολουθούν να μην κατανοούν πολλά ερωτήματα σχετικά με την προέλευση του φαινομένου της υπεραγωγιμότητας και τη φύση των διηλεκτρικών καταστάσεων στο γραφένιο.

Σύμφωνα με τον Jarillo-Herrero, το ενδιαφέρον για το θέμα οφείλεται επίσης στο γεγονός ότι πρόσφατα «καυτά» τμήματα της φυσικής, δηλ. έρευνα για το γραφένιο και άλλα δισδιάστατα υλικά, τοπολογικές ιδιότητες υλικά (χαρακτηριστικά που δεν αλλάζουν παρά τις φυσικές αλλαγές), εξαιρετικά ψυχρή ύλη και υπέροχο ηλεκτρονικά φαινόμεναπου προκύπτουν από τον τρόπο κατανομής των ηλεκτρονίων σε ορισμένα υλικά.

Ωστόσο, όσοι είναι υπερβολικά ενθουσιασμένοι με τη νέα ανακάλυψη και τις πιθανές εφαρμογές της σε ηλεκτρονικές συσκευές μετριάζονται από ορισμένα γεγονότα. Για παράδειγμα, το γεγονός ότι τα φύλλα γραφενίου που περιστρέφονται σε μια μαγική γωνία πρέπει να διατηρούν μια θερμοκρασία 1,7 βαθμών Kelvin πάνω από το απόλυτο μηδέν, και επιπλέον αποδεικνύεται ότι "προτιμούν" να μην συγκρατούνται σε γωνία 1,1 μοιρών - ακριβώς όπως δύο οι μαγνήτες δεν θέλουν να αγγίξουν τους ίδιους πόλους. Είναι επίσης κατανοητό ότι είναι δύσκολο να χειριστεί κανείς ένα υλικό πάχους μόνο ενός ατόμου.

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.