Un pequeño giro cambia por completo las propiedades de un material. Cuando dos cristales de espesor atómico se apilan uno sobre otro y se giran ligeramente, surge un patrón de muaré a gran escala que reordena el movimiento y la interacción de los electrones. Así funciona la twistrónica, un campo que ya ha dado superconductividad y aislantes de Chern fraccionarios en el grafeno y en los dicalcogenuros de metales de transición.
Investigadores de más de una decena de instituciones, entre ellas el Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids de Dresde, analizaron casi 9000 materiales bidimensionales procedentes de bases de datos computacionales. Aplicaron una química cuántica topológica ampliada para describir las propiedades electrónicas y las simetrías de los cristales. Como resultado, identificaron 4073 materiales con topología no trivial o con restricciones especiales en la distribución de la carga electrónica.
De ese conjunto se seleccionaron candidatos especialmente prometedores para el retorcimiento: 61 semimetal y 1568 aislantes. Sus bandas electrónicas permiten obtener bandas estrechas, en las que la interacción entre electrones empieza a dominar sobre su movimiento. Tales condiciones favorecen la superconductividad, el magnetismo y los estados cuánticos fraccionarios.
Los candidatos abarcan una gran variedad de redes cristalinas, desde hexagonales hasta oblicuas. Esto abre la posibilidad de crear simuladores cuánticos adaptados a modelos concretos: las redes cuadradas retorcidas pueden imitar el modelo de Hubbard, importante para la superconductividad de alta temperatura, y las rectangulares, el comportamiento de los electrones en cadenas unidimensionales.
Los hallazgos teóricos ya cuentan con el respaldo del experimento. Los científicos cultivaron cristales voluminosos de varios candidatos, entre ellos el diseleniuro de estaño y el disulfuro de hafnio, lograron exfoliarlos con éxito hasta obtener monocapas y ensamblaron los primeros dispositivos. En Dresde, bajo la dirección de Claudia Felser, obtuvieron materiales de la calidad necesaria para seguir retorciéndolos y realizar mediciones a temperaturas de milikelvin.
Dos nuevos catálogos ofrecen una herramienta sistemática: uno describe los «ladrillos» electrónicos y el otro indica cuáles de ellos son los más adecuados para la twistrónica. Ahora los investigadores podrán elegir el material y el ángulo de giro en función de una pregunta concreta sobre la materia cuántica, en lugar de limitarse a unas pocas plataformas conocidas.
A veces el experimento sugiere preguntas que antes ni siquiera se nos habrían pasado por la cabeza.
