Grafen od lat uważany jest za cudowny materiał przyszłości, a teraz odkrycie nowej klasy stanów kwantowych w jego skręconych warstwach może zrewolucjonizować elektronikę i obliczenia kwantowe.

Zespół badaczy z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej, Uniwersytetu Waszyngtońskiego oraz Instytutu Nauki o Materiałach w Japonii odkrył, że elektrony poruszające się w specyficznie ułożonych warstwach grafenu wykazują nieznane wcześniej właściwości kwantowe. Odkrycie to nie tylko potwierdza teoretyczne przewidywania dotyczące zachowania elektronów w strukturach krystalicznych, ale także może pomóc w opracowaniu wydajniejszych metod przechowywania informacji w komputerach kwantowych oraz stworzeniu nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej.

Grafen składa się z atomów węgla ułożonych w sześciokątną sieć przypominającą plaster miodu. W eksperymencie naukowcy wykorzystali podwójne warstwy tego materiału, skręcając je pod określonym kątem, co doprowadziło do powstania zjawiska moiré. Efekt ten, znany z codziennego życia np. w postaci interferujących siatek, w tym przypadku wpływa na zachowanie elektronów, zmieniając ich geometrię i sposób przemieszczania się.

„Nowo odkryty stan kwantowy zachowuje się w sposób paradoksalny – choć elektrony w jego strukturze krystalizują w uporządkowaną sieć, nadal mogą przewodzić prąd wzdłuż krawędzi materiału” – tłumaczy Joshua Folk, główny autor badania.

Odkrycie otwiera nowe możliwości dla fizyki materiałów. Potencjalne zastosowania obejmują rozwój odpornej na błędy komputeryzacji kwantowej oraz eksplorację nowych metod przewodnictwa elektrycznego. Naukowcy podejrzewają, że odpowiednia manipulacja skręconymi warstwami grafenu może doprowadzić do pojawienia się jeszcze bardziej egzotycznych stanów kwantowych, które pomogą w zrozumieniu podstaw fizyki cząstek i nadprzewodnictwa.

Źródło: Science Alert