Des chercheurs du MPSD, l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle et le Flatiron Institute, Columbia University (tous deux aux États-Unis) et une partie du Max Planck—New York City Center for Non-equilibrium Quantum Phenomena ont fourni une nouvelle perspective sur le potentiel des matériaux de van der Waals tordus pour réaliser des états de la matière nouveaux et insaisissables et fournir un plate-forme unique de simulation quantique basée sur les matériaux.

L'équipe a établi une feuille de route passionnante pour le domaine dynamique des matériaux van der Waals tordus, passant en revue les progrès rapides réalisés récemment et ajoutant leur vision unique d'avenues intrigantes de recherche future à compléter.

Dans leur travail, maintenant publié dans Physique de la nature , l'équipe démontre que l'avenir des matériaux tordus de van der Waals est prometteur, à la fois en termes de science fondamentale et de leurs applications potentielles dans la science des matériaux et les technologies de l'information quantique. Les matériaux torsadés de van der Waals sont constitués de couches empilées de systèmes bidimensionnels à un angle de rotation relatif. Il est démontré qu'ils fournissent une boîte à outils polyvalente pour réaliser de nombreux systèmes de modèles quantiques très recherchés, qui présentent des phases exotiques et - jusqu'à présent - insaisissables de matière potentiellement pertinentes pour la science des matériaux et les technologies quantiques. Par conséquent, ces matériaux tordus de van der Waals définissent un simulateur quantique basé sur les matériaux.

Ceci est particulièrement excitant car les matériaux van der Waals torsadés offrent des opportunités alléchantes pour fournir des systèmes propres qui sont extrêmement bien contrôlés par l'angle de torsion, séquence d'empilement, techniques de substrat ou de gating.

Cependant, cet article démontre que le potentiel des matériaux tordus de van der Waals se multiplie même lorsqu'il est associé à d'autres domaines en plein essor de la matière condensée et de la recherche en technologie quantique. Le potentiel d'extensions est vaste, avec une physique encore plus riche à découvrir, par exemple, en étudiant l'interaction d'états de non-équilibre ou de cavités avec les matériaux de van der Waals déjà prometteurs

"L'un des points forts de ces nouveaux matériaux est qu'ils offrent un niveau d'accordabilité sans précédent, ", explique l'auteur principal Dante Kennes. "Cela nous permet de réaliser efficacement de nombreux modèles quantiques de réseau différents, qui ont occupé le devant de la scène au cours des dernières décennies dans le domaine de la recherche sur la matière condensée.

Ainsi, phases exotiques de la matière, comme la phase liquide de spin insaisissable ou des systèmes avec des propriétés topologiques favorables aux technologies quantiques pourraient être à l'horizon. "Nous sommes vraiment au début d'un voyage intrigant pour explorer la grande quantité de combinaisons chimiques et physiques sur le terrain, " Le co-auteur Lede Xian rend compte de ses travaux récents. " De nombreuses autres découvertes passionnantes, dont certains que nous décrivons dans notre travail, suivrai, " ajoute son collègue auteur Martin Claassen.

Les matériaux torsadés de van der Waals offrent un défi expérimental merveilleux et redoutable en raison de leur complexité. Ils ouvrent également des voies complètement nouvelles de manipulation et de contrôle des matériaux quantiques, selon ngel Rubio, le directeur du département de théorie du MPSD :« Ces matériaux nous permettent de dévoiler de nouvelles phases de la matière et promettent un large éventail d'applications passionnantes dans les technologies quantiques. Nous venons d'effleurer la surface de ces possibilités dans cet article de perspective et nous pouvons nous attendre à bien d'autres surprises dans ce voyage de recherche passionnant. »

Comme l'illustre ce travail, le rapport entre les questions répondues et les questions intéressantes à traiter dans le futur en fait un domaine de recherche particulièrement prometteur et dynamique, ajoute Ángel Rubio :"Cette pléthore de nouveaux phénomènes passionnants peut être encore élargie lorsque l'on envisage de déséquilibrer ces systèmes ou de les intégrer dans des cavités optiques. De nombreux phénomènes intéressants attendent d'être démêlés devant nous !"