Graphène, un matériau bidimensionnel composé exclusivement de carbone, a révélé des propriétés extraordinaires, y compris la conductivité thermique et électrique, transparence, et flexibilité. Lorsqu'ils sont combinés, ces propriétés deviennent particulièrement intéressantes à l'ère des écrans tactiles et de l'électronique flexible. "Contrairement aux matériaux 3D, le graphène a une hauteur réduite à la dimension ultime de l'atome. C'est donc un plan d'atomes de carbone, " explique le Pr Jean-Christophe Charlier, spécialiste en physique nanoscopique à l'Institut de la matière condensée et des nanosciences de l'UCLouvain.

Dans une étude publiée dans La nature , le scientifique et son équipe ont disséqué le comportement des électrons lorsque deux couches de graphène superposées à un angle de 1,1 degré (l'« angle magique ») produisent un effet moiré. Bien connu des photographes, peintres et spécialistes de la mode, cet effet optique consiste en une figure composée de domaines sombres et clairs résultant de la superposition de deux réseaux. "Lorsque deux couches de graphène se superposent avec cet angle magique, ils donnent naissance à la supraconductivité. Ils conduisent donc l'électricité sans aucune résistance, " dit le Pr Charlier.

Cette propriété est plus qu'utile pour transporter l'électricité sans perte d'énergie. "Nous avons montré que les deux plans de graphène ainsi tordus interagissent et conduisent à une restructuration des atomes en domaines où les électrons sont piégés et localisés dans l'espace." Cependant, par définition, les électrons ont tendance à s'éloigner les uns des autres, repoussés par leurs charges négatives respectives. « Pour limiter leurs interactions, les électrons peuvent s'organiser en alignant leur spin, ce qui leur confère des propriétés magnétiques, soit en formant un isolant, ou en s'associant pour produire de la supraconductivité." C'est le dernier qui se produit dans le cas du graphène bicouche tordu à l'angle magique. De plus, les scientifiques ont montré que les phonons, particules atomiques responsables des vibrations dans les matériaux solides, sont également piégés dans les domaines formés par le graphène tordu.

La synthèse de nouveaux matériaux 2D et l'observation des propriétés extraordinaires qui peuvent en découler ont conduit à un engouement pour la twistronique animé par l'idée de pouvoir un jour créer des structures aux propriétés recherchées « brique par brique, " ou d'extrapoler les connaissances acquises sur des matériaux simples, comme le graphène, à des matériaux plus complexes, permettant un meilleur contrôle ou une meilleure performance des systèmes supraconducteurs dans la vie quotidienne. Les exemples incluent les bobines supraconductrices dans les trains à lévitation magnétique japonais (Maglev), qui lévitent au-dessus des rails, ou l'aimant supraconducteur dans les équipements d'imagerie par résonance magnétique (IRM).