Uma pequena rotação — e as propriedades do material mudam radicalmente. Quando dois cristais atomicamente finos são empilhados um sobre o outro e levemente girados, surge um padrão de moiré em grande escala que reorganiza o movimento e a interação dos elétrons. É exatamente assim que funciona a twistrônica — área que já presenteou a ciência com a supercondutividade e os isolantes de Chern fracionários no grafeno e nos dicalcogenetos de metais de transição.
Pesquisadores de mais de uma dezena de institutos, incluindo o Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, em Dresden, analisaram quase 9000 materiais bidimensionais de bancos de dados computacionais. Eles aplicaram química quântica topológica avançada para descrever as propriedades eletrônicas e as simetrias dos cristais. No fim, destacaram 4073 materiais com topologia não trivial ou restrições especiais à localização da carga eletrônica.
Desse conjunto, selecionaram candidatos especialmente promissores para a torção: 61 semimetal e 1568 isolantes. Suas zonas eletrônicas permitem obter bandas estreitas, nas quais a interação dos elétrons passa a dominar sobre seu movimento. Tais condições são favoráveis à supercondutividade, ao magnetismo e aos estados quânticos fracionários.
Os candidatos abrangem diversas redes cristalinas — das hexagonais às oblíquas. Isso abre a possibilidade de criar simuladores quânticos sob medida para modelos específicos: redes quadradas torcidas podem imitar o modelo de Hubbard, importante para a supercondutividade de alta temperatura, enquanto as retangulares podem reproduzir o comportamento dos elétrons em cadeias unidimensionais.
As descobertas teóricas já foram corroboradas por experimentos. Os cientistas cultivaram cristais volumétricos de vários candidatos, entre eles o disseleneto de estanho e o dissulfeto de háfnio, conseguiram esfoliá-los com sucesso até monocamadas e montaram os primeiros dispositivos. Em Dresden, sob a liderança de Claudia Felser, obtiveram materiais com a qualidade necessária para a torção e as medições subsequentes em temperaturas de milikelvins.
Dois novos catálogos oferecem uma ferramenta sistemática: um descreve os «blocos de construção» eletrônicos, o outro indica quais deles são mais adequados para a twistrônica. Agora os pesquisadores poderão escolher o material e o ângulo de torção para uma questão específica sobre a matéria quântica, em vez de se limitarem a algumas plataformas conhecidas.
O experimento às vezes sugere perguntas que antes nem passavam pela cabeça.
