Ricercatori dell'MPSD, la RWTH Aachen University e il Flatiron Institute, La Columbia University (entrambe negli Stati Uniti) e parte del Max Planck—New York City Center for Non-equilibrium Quantum Phenomena hanno fornito una nuova prospettiva sul potenziale dei materiali contorti di van der Waals per realizzare stati della materia nuovi ed elusivi e fornire un piattaforma di simulazione quantistica basata sui materiali unica.

Il team ha tracciato un'entusiasmante road map per il vivace campo dei materiali contorti di van der Waals, rivedendo i rapidi progressi compiuti di recente e aggiungendo la loro visione unica di intriganti percorsi di ricerca futura da completare.

Nel loro lavoro, ora pubblicato in Fisica della natura , il team dimostra che il futuro dei materiali contorti van der Waals è brillante, sia in termini di scienza fondamentale che di potenziali applicazioni nella scienza dei materiali e nelle tecnologie dell'informazione quantistica. I materiali Twisted van der Waals sono costituiti da strati sovrapposti di sistemi bidimensionali con un angolo di rotazione relativo. Hanno dimostrato di fornire una cassetta degli attrezzi versatile per realizzare molti sistemi di modelli quantistici molto ricercati, che mostrano fasi esotiche e, finora, sfuggenti di materia di potenziale rilevanza per la scienza dei materiali e le tecnologie quantistiche. Quindi quei materiali contorti di van der Waals definiscono un simulatore quantistico basato sui materiali.

Ciò è particolarmente entusiasmante in quanto i materiali van der Waals attorcigliati offrono opportunità allettanti per fornire sistemi puliti che sono estremamente ben controllati dall'angolo di torsione, sequenza di impilamento, substrato o tecniche di gating.

Però, questo articolo dimostra che il potenziale dei materiali contorti di van der Waals si moltiplica anche quando viene messo insieme ad altri campi in fiore della materia condensata e della ricerca sulla tecnologia quantistica. Il potenziale per le estensioni è vasto, con una fisica ancora più ricca da scoprire, Per esempio, studiando l'interazione di stati o cavità di non equilibrio con i già promettenti materiali di van der Waals

"Uno dei punti di forza di questi nuovi materiali è che forniscono un livello di sintonizzabilità senza precedenti, ", afferma l'autore principale Dante Kennes. "Questo ci consente di realizzare efficacemente molti dei diversi modelli quantistici del reticolo, che hanno avuto un ruolo centrale negli ultimi decenni nel campo della ricerca sulla materia condensata."

Così, fasi esotiche della materia, come la sfuggente fase spin-liquida o sistemi con proprietà topologiche favorevoli alle tecnologie quantistiche potrebbero essere all'orizzonte. "Siamo davvero all'inizio di un viaggio intrigante per esplorare la grande quantità di combinazioni chimiche e fisiche nel campo, " Il coautore Lede Xian riferisce del suo recente lavoro. " Molte altre scoperte entusiasmanti, alcuni dei quali tratteremo nel nostro lavoro, seguirà, " aggiunge il collega autore Martin Claassen.

I materiali Twisted van der Waals offrono una meravigliosa e formidabile sfida sperimentale a causa della loro complessità. Aprono anche vie completamente nuove di manipolazione e controllo dei materiali quantistici, secondo Angelo Rubio, il direttore del dipartimento di teoria dell'MPSD:"Questi materiali ci permettono di svelare nuove fasi della materia e promettono una vasta gamma di interessanti applicazioni nelle tecnologie quantistiche. Abbiamo appena toccato la superficie di queste possibilità in questo articolo prospettico e possiamo aspettarci molte altre sorprese in questo entusiasmante viaggio di ricerca."

Come illustra questo lavoro, il rapporto tra domande a cui si è risposto e domande interessanti da affrontare in futuro rende questo campo di ricerca particolarmente promettente e vivace, aggiunge Ángel Rubio:"Questa pletora di nuovi entusiasmanti fenomeni può essere ulteriormente ampliata se si considera la possibilità di portare quei sistemi fuori equilibrio o di incorporarli in cavità ottiche. Molti fenomeni interessanti stanno aspettando di essere svelati davanti a noi!"