Natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben een nieuwe Mott-toestand waargenomen in gedraaide dubbellagen van grafeen in de 'magische hoek', waar supergeleiding en andere exotische verschijnselen naar voren komen. De bevinding, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, werpt nieuw licht op de fysica van gecorreleerde elektronen in tweedimensionale materialen en zou implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van toekomstige kwantumtechnologieën.

In gedraaide dubbellagen van grafeen worden twee lagen grafeen onder een kleine draaihoek gestapeld. Deze draaiing doorbreekt de oorspronkelijke kristalsymmetrie van grafeen en geeft aanleiding tot een verscheidenheid aan nieuwe fysische eigenschappen, waaronder supergeleiding en magnetisme.

De Mott-toestand is een fase van materie die voorkomt in materialen met sterke elektronencorrelaties. In een Mott-isolator zijn de elektronen zo sterk gecorreleerd dat ze niet vrij kunnen bewegen en het materiaal zich als isolator gedraagt. De Mott-overgang vindt plaats wanneer een materiaal een faseverandering ondergaat van een metallische toestand naar een Mott-isolerende toestand naarmate de elektronencorrelaties toenemen.

De onderzoekers van Berkeley observeerden een nieuw type Mott-toestand in gedraaide dubbellagen van grafeen onder de magische hoek. De Mott-toestand in dit systeem wordt gekenmerkt door een eigenaardig patroon van ladingsordening, waarbij de elektronen zijn gerangschikt in een regelmatig patroon van afwisselend geladen en neutrale gebieden.

Deze nieuwe Mott-toestand verschilt van de Mott-toestanden die in andere materialen zijn waargenomen en is een gevolg van de unieke elektronische eigenschappen van gedraaide grafeendubbellagen. De bevinding biedt een nieuw venster op de fysica van gecorreleerde elektronen in tweedimensionale materialen en zou implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van toekomstige kwantumtechnologieën, zoals supergeleiders op hoge temperatuur en kwantumcomputers.