Grafene, un materiale bidimensionale composto esclusivamente da carbonio, ha rivelato proprietà straordinarie, compresa la conduttività termica ed elettrica, trasparenza, e flessibilità. Quando combinato, queste proprietà diventano particolarmente interessanti nell'era dei touch screen e dell'elettronica flessibile. "A differenza dei materiali 3D, il grafene ha un'altezza ridotta alla dimensione ultima dell'atomo. È quindi un aereo atomico di carbonio, " spiega il prof. Jean-Christophe Charlier, uno specialista in fisica nanoscopica presso l'Istituto di materia condensata e nanoscienze di UCLouvain.

In uno studio pubblicato su Natura , lo scienziato e il suo team hanno sezionato il comportamento degli elettroni quando due strati di grafene sovrapposti con un angolo di 1,1 gradi (il cosiddetto "angolo magico") producono un effetto moiré. Ben noto ai fotografi, pittori e specialisti della moda, questo effetto ottico consiste in una figura composta da domini scuri e chiari risultanti dalla sovrapposizione di due reticoli. "Quando due strati di grafene si sovrappongono a questo angolo magico, danno luogo alla superconduttività. Conducono quindi elettricità senza alcuna resistenza, "dice il prof. Charlier.

Questa proprietà è più che utile per trasportare l'elettricità senza perdita di energia. "Abbiamo dimostrato che i due piani di grafene attorcigliati in questo modo interagiscono e portano a una ristrutturazione degli atomi in domini in cui gli elettroni sono intrappolati e localizzati nello spazio". Però, per definizione, gli elettroni tendono ad allontanarsi l'uno dall'altro, respinti dalle rispettive cariche negative. "Per limitare le loro interazioni, gli elettroni possono organizzarsi allineando il loro spin, che conferisce loro proprietà magnetiche, o formando un isolante, o accoppiando per produrre superconduttività." È l'ultimo che si verifica nel caso del grafene a doppio strato attorcigliato all'angolo magico. Inoltre, gli scienziati hanno dimostrato che i fononi, particelle atomiche responsabili delle vibrazioni nei materiali solidi, sono anche intrappolati nei domini formati dal grafene attorcigliato.

La sintesi di nuovi materiali 2-D e l'osservazione delle straordinarie proprietà che da essi possono derivare hanno portato a una mania di twistronics guidata dall'idea di poter un giorno creare strutture con le proprietà desiderate "mattone dopo mattone, " o per estrapolare conoscenze acquisite su materiali semplici, come il grafene, a materiali più complessi, consentendo un migliore controllo o prestazioni dei sistemi superconduttori nella vita di tutti i giorni. Gli esempi includono le bobine superconduttrici nei treni a levitazione magnetica giapponesi (Maglev), che levitano sopra i binari, o il magnete superconduttore nelle apparecchiature per la risonanza magnetica (MRI).