Najnowszy rozdział tej historii został napisany dzięki postępom w wykonaniu Ritesha Aggarwala oraz Eugene’a Mele z Uniwersytetu Pensylwanii i ich współpracowników. Co ciekawe, dziedzina poświęcona koncepcji skręcania warstw materiałów w celu zapewniania im niespotykanych wcześniej właściwości zyskała już własną nazwę i jest określana mianem twistroniki. O ostatnich postępach odpowiedzialni za nie naukowcy piszą na łamach Nature.
Czytaj też: Właściwości, o których nie wiedzieliśmy. Eksperci od spintroniki właśnie je ujawnili w nowym materiale
W centrum ich zainteresowania znalazły się kryształy disiarczku wolframu, których ustawianie pod odpowiednim kątem względem siebie sprawia, że przechodzące przez nie światło może być użyte do kontrolowania elektronów. Nadzorując sposób poruszania tych ostatnich inżynierowie powinni być w stanie uzyskać dostęp do nowatorskich właściwości kwantowych.
Mele porównuje opisywany fenomen do siły Coriolisa, która pod względem matematycznym przypomina odchylenie magnetyczne. To z kolei pozwala wyjaśnić, dlaczego elektrony zachowywały się tak, jakby występowało tam pole magnetyczne. Naukowcy zrozumieli natomiast, że skręcanie warstw kryształu i interakcja ze światłem spolaryzowanym kołowo są ze sobą powiązane.
Nakładając na siebie odpowiednio skręcone warstwy materiału – w tym przypadku disiarczku wolframu – naukowcy mogą zapewnić mu niespotykane wcześniej właściwości
Wielkim wyzwaniem okazało się ustalenie, co prowadzi do występowania opisywanego zjawiska, bądź jak można byłoby temu zapobiegać. Członkowie zespołu badawczego zastosowali bardzo barwne uproszczenie tego, czego doświadczają elektrony przepuszczone przez specjalnie zaprojektowany materiał. Wyobraźmy sobie przejazd elektronu na dwóch różnych zjeżdżalniach. O ile na prostej nie doświadczyłby żadnych zmian, tak bardziej skomplikowana trasa – pełna zakrętów – miałaby na niego pewien wpływ.
Czytaj też: Naukowcy nagrali atomy przepływające bez oporu po krawędzi materiału. Imitowały zachowanie elektronów
I to właśnie ten wpływ umożliwił badaczom uzyskanie kontroli nad ruchem elektronu. Przy okazji autorzy odnotowali silną nieliniowość optyczną, która prowadzi do zwiększenia reakcji materiału na światło. W praktyce oznacza to potencjał dotyczący stosowania takiego materiału w produkcji czujników i różnego rodzaju urządzeń fotonicznych. Wpływając na to, jak skręcone są poszczególne warstwy materiału, naukowcy mogą bardzo precyzyjnie kontrolować jego właściwości. Wizja projektowania takich kwantowych materiałów może doprowadzić do rozpoczęcia nowego rozdziału w badaniach z zakresu materiałoznawstwa. Przyszłość zapowiada się wyjątkowo ciekawie – przynajmniej w tej dziedzinie.