Маленький поворот — і властивості матеріалу змінюються кардинально. Коли два атомарно тонких кристали складають один на одного й трохи повертають, виникає великомасштабний візерунок муару, який перебудовує рух і взаємодію електронів. Саме так працює твістроніка — галузь, яка вже подарувала надпровідність і дробові чернівські ізолятори в графені та дихалькогенідах перехідних металів.
Дослідники з понад десятка інститутів, зокрема Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids у Дрездені, проаналізували майже 9000 двовимірних матеріалів із обчислювальних баз даних. Вони застосували розширену топологічну квантову хімію, щоб описати електронні властивості та симетрії кристалів. У підсумку виокремили 4073 матеріала з нетривіальною топологією або особливими обмеженнями на розташування електронного заряду.
Із цього масиву відібрали особливо перспективних кандидатів для скручування: 61 напівметал і 1568 ізоляторів. Їхні електронні зони дозволяють отримувати вузькі смуги, де взаємодія електронів починає домінувати над їхнім рухом. Такі умови сприятливі для надпровідності, магнетизму та дробових квантових станів.
Кандидати охоплюють різноманітні кристалічні ґратки — від гексагональних до косокутних. Це відкриває можливість створювати квантові симулятори під конкретні моделі: скручені квадратні ґратки можуть імітувати модель Габбарда, важливу для високотемпературної надпровідності, а прямокутні — поведінку електронів в одновимірних ланцюжках.
Теоретичні знахідки вже підкріплені експериментом. Учені виростили об'ємні кристали кількох кандидатів, зокрема диселеніду олова й дисульфіду гафнію, успішно відшарували їх до моношарів і зібрали перші пристрої. У Дрездені під керівництвом Клаудії Фельзер отримали матеріали потрібної якості для подальшого скручування та вимірювань за мілікельвінових температур.
Два нові каталоги дають систематичний інструмент: один описує електронні «будівельні блоки», другий указує, які з них найкраще підходять для твістроніки. Тепер дослідники зможуть добирати матеріал і кут скручування під конкретне питання про квантову матерію, а не обмежуватися кількома відомими платформами.
Експеримент часом підказує питання, які раніше навіть не спадали на думку.
