Onderzoekers van het Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg, de RWTH Aachen University (beide in Duitsland) en het Flatiron Institute in de VS hebben onthuld dat de mogelijkheden die worden gecreëerd door twee vellen atomair dun materiaal in een twist op elkaar te stapelen, nog groter zijn dan verwacht.

De vier wetenschappers onderzochten germaniumselenide (GeSe), een materiaal met een rechthoekige eenheidscel, in plaats van te focussen op roosters met drie- of zesvoudige symmetrieën zoals grafeen of WSe ₂ . Door grootschalige ab-initio en dichtheidsmatrix renormalisatiegroepberekeningen te combineren, de onderzoekers toonden aan dat het Moiré-interferentiepatroon parallelle draden van gecorreleerde eendimensionale systemen zal creëren. Hun werk is nu gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Dit verbreedt de mogelijkheden voor realiseerbare constructies met behulp van Moiré-twijnfysica aanzienlijk en biedt inzicht in de uitdagende vraag hoe een gecorreleerd systeem overgaat van twee dimensies naar één. Omdat de deeltjes elkaar niet kunnen passeren zoals ze zouden doen in een multidimensionale context, eendimensionale systemen zijn intrigerend, aangezien correlaties noodzakelijkerwijs leiden tot collectieve excitaties.

Dante Kennes zegt dat de gecombineerde analyse van de twee numerieke methoden geweldige resultaten opleverde:"We waren in staat om het fasediagram van twee vellen gedraaide GeSe te classificeren en vonden een overvloed aan realiseerbare fasen van materie, inclusief gecorreleerde Mott-isolatoren en de zogenaamde Luttinger Liquid-fase, die onthult dat fysica ons beeld van onafhankelijke deeltjes op fundamentele manieren tart." Lede Xian voegt eraan toe:"We hebben getwiste GeSe ontwikkeld als een opwindend platform om sterk gecorreleerde 1D-fysica en de cross-over van één naar twee dimensies op een zeer afstembare en experimenteel toegankelijke manier te begrijpen."

Dit onderzoek opent vele toekomstige richtingen. Een bijzonder intrigerende benadering is om elementen in GeSe te vervangen om een ​​hogere spin-baankoppeling te bereiken. Martin Claassen van het Center for Computational Quantum Physics van het Flatiron Institute merkt op:"Het koppelen van een dergelijk systeem aan een supergeleidend substraat zou onder de juiste omstandigheden leiden tot topologisch beschermde Majorana-randmodi." Die toestanden zijn bijzonder belangrijk omdat ze kunnen worden gebruikt als zogenaamde qubits; het kwantumequivalent van een klassiek bit, dat is het fundamentele computationele gebouw.

Daarom, de mogelijkheid om veel parallelle Moiré-draden te maken met Majorana's aan hun uiteinden, onthult een intrigerende toekomstige weg voor het ontsluiten van topologische kwantumcomputing op een natuurlijk schaalbare manier. ngel Rubio, de directeur van de afdeling Theorie van de MPSD, concludeert:"Het huidige werk biedt waardevolle inzichten in hoe verdraaiende 2D-materialen kunnen worden gebruikt om on-demand eigenschappen in kwantummaterialen te creëren."