В прошлом году ученые продемонстрировали, что небольшой сдвиг одного слоя графена относительно второго позволяет создавать на этом материале толщиной в один атом участки чередующейся сверхпроводимости. Международная команда ученых показала, что сверхпроводимость можно вообще отключить.

Исследование ученых их Испании, США, Китая и Японии — важный прорыв в твистронике (twistronics), изучающей, как смещение слоев двумерных материалов меняет их электрические свойства. Несколько лет работы и усилий исследовательских групп со всего света понадобилось ученым, чтобы начать понимать возможности этих материалов, но оно того стоило, пишет Phys.org.

В 2011 физик-теоретик Аллан Макдональд из Техасского университета в Остине, изучавший двумерные материалы при помощи квантовой математики и компьютерного моделирования, сделал неожиданное открытие: если слегка повернуть один слой 2D-материала относительно других в пачке всего на 1,1 градус — ученые назвали его «волшебным градусом» — электроны начинают вести себя неожиданным образом, замедляясь более чем в 100 раз.

Тогда результаты открытия научное сообщество в целом проигнорировало — они были слишком странными, чтобы в них можно было поверить. Более того, не было ясно, можно ли вообще создать систему с таким точным градусом смещения. Однако в 2018 году физикам из MIT это удалось, и они подтвердили, что графен ведет себя именно так, как предсказал Макдональд.

Они обнаружили в материале уникальные свойства, в частности, сверхпроводимость при удивительно высокой температуре. Это открытие и положило начало твистронике.

Теперь Макдональд вместе с коллегами из других стран опубликовал исследование, посвященное волшебному углу в графене, в котором показал, что этот материал может проявлять свойства чередующихся сверхпроводящих и непроводящих фаз, которые можно включать и выключать небольшим изменением напряжения. Похожим образом работают интегральные схемы. Это облегчает практическое применение двумерных материалов в электронике.

Для достижения такого результата физики изготовили графеновые суперрешетки с таким равномерным смещением, какое было только возможно. А для создания теоретической модели они использовали суперкомпьютеры Техасского университета.

«Это что-то вроде священного Грааля физики — создание материала, обладающего сверхпроводимостью при комнатной температуре, — заявил Макдональд. — Так что отчасти нас мотивировала задача лучше понять, как работает высокотемпературная проводимость».