Forskare från MPSD, RWTH Aachen University och Flatiron Institute, Columbia University (båda i USA) och en del av Max Planck—New York City Center for Non-equilibrium Quantum Phenomena har gett ett nytt perspektiv på potentialen hos vridna van der Waals-material för att förverkliga nya och svårfångade tillstånd av materia och tillhandahålla en unik materialbaserad kvantsimuleringsplattform.

Teamet har lagt ut en spännande färdplan för det pulserande fältet av vridna van der Waals-material, granska de snabba framsteg som gjorts nyligen och lägga till sin unika vision om spännande vägar för framtida forskning som ska slutföras.

I sitt arbete, nu publicerad i Naturfysik , teamet visar att framtiden för vridna van der Waals-material är ljus – både när det gäller grundläggande vetenskap och deras potentiella tillämpningar inom materialvetenskap och kvantinformationsteknik. Vridna van der Waals-material består av staplade lager av tvådimensionella system med en relativ rotationsvinkel. De har visat sig ge en mångsidig verktygslåda för att förverkliga många mycket eftertraktade kvantmodellsystem, som uppvisar exotiska och – än så länge – svårfångade faser av materiel av potentiell relevans för materialvetenskap och kvantteknologi. Därför definierar dessa vridna van der Waals-material en materialbaserad kvantsimulator.

Detta är särskilt spännande eftersom vridna van der Waals-material erbjuder lockande möjligheter att tillhandahålla rena system som är extremt väl kontrollerade av vridningsvinkeln, staplingssekvens, substrat- eller grindtekniker.

Dock, den här artikeln visar att potentialen hos vridna van der Waals-material till och med multipliceras när de kombineras med andra blomstrande områden av kondenserad materia och kvantteknologisk forskning. Potentialen för förlängningar är stor, med ännu mer rik fysik att avslöjas av, till exempel, genom att undersöka interaktionen mellan icke-jämviktstillstånd eller kaviteter med de redan lovande van der Waals materialen

"En av styrkorna med dessa nya material är att de ger en oöverträffad nivå av avstämning, " säger huvudförfattaren Dante Kennes. "Detta tillåter oss att effektivt realisera många av de olika gallerkvantmodellerna, som har stått i centrum under de senaste decennierna inom området för kondenserad materia."

Således, exotiska faser av materia, såsom den svårfångade spinn-vätskefasen eller system med topologiska egenskaper som är gynnsamma för kvantteknologier kan vara vid horisonten. "Vi är verkligen i början av en spännande resa för att utforska den stora mängden kemiska och fysikaliska kombinationer inom området, " Medförfattaren Lede Xian rapporterar om sitt senaste arbete. " Många fler spännande upptäckter, några av dem beskriver vi i vårt arbete, kommer följa, ", tillägger författaren Martin Claassen.

Twisted van der Waals-material erbjuder en underbar och formidabel experimentell utmaning på grund av deras komplexitet. De öppnar också upp helt nya vägar för att manipulera och kontrollera kvantmaterial, enligt Ángel Rubio, direktören för MPSD:s teoriavdelning:"Dessa material låter oss nysta upp nya faser av materien och lovar ett brett utbud av spännande tillämpningar inom kvantteknologi. Vi har precis rört vid ytan av dessa möjligheter i den här perspektivartikeln och vi kan förvänta oss många fler överraskningar i denna spännande forskningsresa."

Som detta arbete visar, förhållandet mellan besvarade frågor och intressanta frågor som ska tas upp i framtiden gör detta till ett särskilt lovande och levande forskningsfält, Tillägger Ángel Rubio:"Denna uppsjö av spännande nya fenomen kan utökas ytterligare när man överväger att driva dessa system ur jämvikt eller bädda in dem i optiska kaviteter. Många intressanta fenomen väntar på att nystas upp framför oss!"