Onderzoekers van de MPSD, de RWTH Aachen University en het Flatiron Institute, Columbia University (beide in de VS) en een deel van het Max Planck-New York City Center for Non-equilibrium Quantum Phenomena hebben een nieuw perspectief gegeven op het potentieel van verwrongen van der Waals-materialen voor het realiseren van nieuwe en ongrijpbare toestanden van materie en het verschaffen van een uniek op materialen gebaseerd kwantumsimulatieplatform.

Het team heeft een spannende routekaart opgesteld voor het levendige veld van verwrongen van der Waals-materialen, het beoordelen van de snelle vooruitgang die onlangs is geboekt en het toevoegen van hun unieke visie op intrigerende wegen voor toekomstig onderzoek dat moet worden voltooid.

In hun werk, nu gepubliceerd in Natuurfysica , het team laat zien dat de toekomst van verwrongen Van der Waals-materialen rooskleurig is - zowel in termen van fundamentele wetenschap als hun potentiële toepassingen in materiaalwetenschap en kwantuminformatietechnologieën. Twisted van der Waals materialen bestaan ​​uit gestapelde lagen van tweedimensionale systemen onder een relatieve rotatiehoek. Er wordt aangetoond dat ze een veelzijdige toolbox bieden om veel zeer gewilde kwantummodelsystemen te realiseren, die exotische en tot nu toe ongrijpbare fasen van materie vertonen die mogelijk relevant zijn voor materiaalwetenschap en kwantumtechnologieën. Vandaar dat die verwrongen van der Waals-materialen een op materialen gebaseerde kwantumsimulator definiëren.

Dit is bijzonder opwindend omdat gedraaide van der Waals-materialen verleidelijke mogelijkheden bieden om schone systemen te bieden die extreem goed worden gecontroleerd door de draaihoek, stapelvolgorde, substraat of poorttechnieken.

Echter, dit artikel laat zien dat het potentieel van verwrongen van der Waals-materialen zelfs vermenigvuldigt wanneer het wordt samengebracht met andere bloeiende gebieden van gecondenseerde materie en onderzoek naar kwantumtechnologie. Het potentieel voor uitbreidingen is enorm, met nog meer rijke fysica om te ontdekken, bijvoorbeeld, door de interactie van niet-evenwichtstoestanden of holtes met de al veelbelovende van der Waals-materialen te onderzoeken

"Een van de sterke punten van deze nieuwe materialen is dat ze een ongekend niveau van afstembaarheid bieden, " zegt hoofdauteur Dante Kennes. "Dit stelt ons in staat om veel van de verschillende roosterkwantummodellen effectief te realiseren, die de afgelopen decennia centraal hebben gestaan ​​op het gebied van onderzoek naar gecondenseerde materie."

Dus, exotische fasen van materie, zoals de ongrijpbare spin-vloeistoffase of systemen met topologische eigenschappen die gunstig zijn voor kwantumtechnologieën, kunnen aan de horizon zijn. "We staan ​​echt aan het begin van een intrigerende reis om de enorme hoeveelheid chemische en fysische combinaties in het veld te verkennen, " co-auteur Lede Xian doet verslag van zijn recente werk. " Nog veel meer spannende ontdekkingen, waarvan we er enkele in ons werk schetsen, zal volgen, ", vult collega-auteur Martin Claassen aan.

Twisted van der Waals materialen bieden een prachtige en formidabele experimentele uitdaging vanwege hun complexiteit. Ze openen ook volledig nieuwe routes voor het manipuleren en controleren van kwantummaterialen, volgens Ángel Rubio, de directeur van de Theorie-afdeling van de MPSD:"Deze materialen laten ons nieuwe fasen van materie ontrafelen en beloven een breed scala aan opwindende toepassingen in kwantumtechnologieën. We hebben zojuist de oppervlakte van die mogelijkheden aangeraakt in dit perspectiefartikel en we kunnen nog veel meer verrassingen verwachten in deze spannende onderzoeksreis."

Zoals dit werk illustreert, de verhouding tussen beantwoorde vragen en interessante vragen die in de toekomst moeten worden beantwoord, maakt dit een bijzonder veelbelovend en levendig onderzoeksgebied, voegt Ángel Rubio toe:"Deze overvloed aan opwindende nieuwe fenomenen kan verder worden vergroot door te overwegen die systemen uit evenwicht te brengen of ze in optische holtes in te bedden. Veel interessante fenomenen wachten om voor ons te worden ontrafeld!"