Forskare från Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) i Hamburg, RWTH Aachen University (båda i Tyskland) och Flatiron-institutet i USA har avslöjat att möjligheterna som skapas genom att stapla två ark av atomärt tunt material ovanpå varandra i en vridning är ännu större än förväntat.

De fyra forskarna undersökte germaniumselenid (GeSe), ett material med en rektangulär enhetscell, snarare än att fokusera på galler med tre- eller sexfaldiga symmetrier som grafen eller WSe ₂ . Genom att kombinera storskaliga ab-initio- och densitetsmatrisrenormaliseringsgruppberäkningar, forskarna visade att Moiré-interferensmönstret kommer att skapa parallella ledningar av korrelerade endimensionella system. Deras arbete har nu publicerats i Naturkommunikation .

Detta breddar avsevärt utrymmet för realiserbara strukturer med Moiré vridningsfysik och ger ett intåg i den utmanande frågan om hur ett korrelerat system går över från två dimensioner till en. Eftersom partiklarna inte kan passera varandra som de skulle i ett flerdimensionellt sammanhang, endimensionella system är spännande, eftersom korrelationer nödvändigtvis leder till kollektiva excitationer.

Dante Kennes säger att den kombinerade analysen av de två numeriska metoderna gav fantastiska resultat:"Vi kunde klassificera fasdiagrammet för två ark vridna GeSe och hittade en uppsjö av realiserbara faser av materia, inklusive korrelerade Mott-isolatorer och den så kallade Luttinger Liquid-fasen, som avslöjar fysik som trotsar vår oberoende partikelbild på grundläggande sätt. "Lede Xian tillägger:" Vi etablerade vridna GeSe som en spännande plattform för att förstå starkt korrelerad 1D -fysik och crossover från en till två dimensioner på ett mycket avstämbart och experimentellt tillgängligt sätt. "

Denna forskning öppnar upp för många framtida riktningar. Ett särskilt spännande tillvägagångssätt är att ersätta element i GeSe för att uppnå högre spin-orbit-koppling. Martin Claassen från Center for Computational Quantum Physics vid Flatiron Institute påpekar:"Att koppla ett sådant system till ett supraledande substrat skulle resultera i topologiskt skyddade Majorana-kantlägen under rätt förhållanden." Dessa tillstånd är särskilt viktiga eftersom de skulle kunna användas som så kallade qubits; kvantekvivalenten för en klassisk bit, som är den grundläggande beräkningsbyggnaden.

Därför, Möjligheten att skapa många parallella Moiré-trådar med Majoranas fästa vid sina ändar avslöjar ett spännande framtida intåg för att låsa upp topologisk kvantberäkning på ett naturligt skalbart sätt. Ángel Rubio, chefen för MPSD:s teoriavdelning, avslutar:"Det här arbetet ger värdefulla insikter om hur vridande 2D-material kan användas för att skapa egenskaper på efterfrågan i kvantmaterial."