لفّة صغيرة — فتتغير خصائص المادة تغيرًا جذريًا. عندما تُوضع بلورتان رقيقتان ذريًا إحداهما فوق الأخرى وتُلفّان قليلًا، ينشأ نمط مورّي واسع النطاق يعيد تشكيل حركة الإلكترونات وتفاعلها. وهكذا يعمل علم الالتواء — وهو مجال أهدى بالفعل الموصلية الفائقة وعوازل تشيرن الفرقية في الجرافين وثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية.
حلّل باحثون من أكثر من عشرة معاهد، من بينها معهد ماكس بلانك للفيزياء الكيميائية للمواد الصلبة في دريسدن، ما يقارب 9000 مادة ثنائية الأبعاد من قواعد بيانات حاسوبية. وقد استخدموا كيمياء كمومية طوبولوجية موسّعة لوصف الخصائص الإلكترونية للبلورات وتناظراتها. ونتيجة لذلك حدّدوا 4073 مادة ذات طوبولوجيا غير بديهية أو قيود خاصة على توزّع الشحنة الإلكترونية.
ومن هذه الكتلة اختير مرشحون واعدون بشكل خاص للالتواء: 61 شبه معدن و1568 من العوازل. وتتيح نطاقاتها الإلكترونية الحصول على أشرطة ضيقة يبدأ فيها تفاعل الإلكترونات بالتغلب على حركتها. وهذه الظروف مواتية للموصلية الفائقة والمغناطيسية والحالات الكمومية الفرقية.
ويشمل المرشحون شبكات بلورية متنوعة — من السداسية إلى المائلة. وهذا يفتح إمكانية إنشاء محاكيات كمومية مصممة لنماذج محددة: فالشبكات المربعة الملتوية قد تحاكي نموذج هابارد، المهم للموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية، أما المستطيلة فقد تحاكي سلوك الإلكترونات في سلاسل أحادية البعد.
وقد دُعمت الاكتشافات النظرية بالتجربة بالفعل. فقد نمّى العلماء بلورات حجمية لعدة مرشحين، من بينها ثنائي سيلينيد القصدير وثنائي كبريتيد الهافنيوم، ونجحوا في تقشيرها إلى طبقات أحادية وتجميع أولى الأجهزة. وفي دريسدن، وتحت إشراف كلاوديا فيلتسر، حُصل على مواد بالجودة المطلوبة لمزيد من الالتواء والقياسات عند درجات حرارة الميلي كلفن.
ويقدّم كتالوجان جديدان أداة منهجية: أحدهما يصف «الوحدات البنائية» الإلكترونية، والآخر يشير إلى أيّها أنسب لعلم الالتواء. وسيتمكن الباحثون الآن من اختيار المادة وزاوية الالتواء وفق سؤال محدد عن المادة الكمومية، بدلًا من الاقتصار على منصات قليلة معروفة.
التجربة تُلهم أحيانًا أسئلةً لم تخطر على البال من قبل.
