Una piccola rotazione — e le proprietà del materiale cambiano radicalmente. Quando due cristalli di spessore atomico vengono sovrapposti e leggermente ruotati, si forma un motivo moiré su larga scala che riorganizza il movimento e l'interazione degli elettroni. È proprio così che funziona la twistronica — un campo che ha già regalato la superconduttività e gli isolanti di Chern frazionari nel grafene e nei dicalcogenuri dei metalli di transizione.
Ricercatori di oltre una dozzina di istituti, tra cui il Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids di Dresda, hanno analizzato quasi 9000 materiali bidimensionali provenienti da banche dati computazionali. Hanno applicato una chimica quantistica topologica estesa per descrivere le proprietà elettroniche e le simmetrie dei cristalli. Alla fine hanno individuato 4073 materiali con topologia non banale o particolari vincoli sulla disposizione della carica elettronica.
Da questa mole sono stati selezionati candidati particolarmente promettenti per la torsione: 61 semimetallo e 1568 isolanti. Le loro bande elettroniche permettono di ottenere bande strette, dove l'interazione tra gli elettroni inizia a dominare sul loro movimento. Tali condizioni sono favorevoli alla superconduttività, al magnetismo e agli stati quantistici frazionari.
I candidati coprono reticoli cristallini diversi — da quelli esagonali a quelli obliqui. Questo apre la possibilità di creare simulatori quantistici su misura per modelli specifici: i reticoli quadrati ruotati possono imitare il modello di Hubbard, importante per la superconduttività ad alta temperatura, mentre quelli rettangolari possono riprodurre il comportamento degli elettroni in catene unidimensionali.
Le scoperte teoriche sono già state confermate dagli esperimenti. Gli scienziati hanno fatto crescere cristalli massivi di diversi candidati, tra cui il diseleniuro di stagno e il disolfuro di afnio, li hanno scissi con successo fino a ottenere monostrati e hanno assemblato i primi dispositivi. A Dresda, sotto la guida di Claudia Felser, hanno ottenuto materiali della qualità necessaria per ulteriori torsioni e misurazioni a temperature del millikelvin.
Due nuovi cataloghi offrono uno strumento sistematico: uno descrive i «mattoni» elettronici, l'altro indica quali di essi sono più adatti alla twistronica. Ora i ricercatori potranno scegliere il materiale e l'angolo di torsione in base a una specifica domanda sulla materia quantistica, invece di limitarsi a poche piattaforme note.
A volte l'esperimento suggerisce domande che prima non venivano nemmeno in mente.
