تويسترونيكس

علم التويسترونيكس (المشتق من كلمتي "التواء" و "الإلكترونيات ") هو دراسة كيفية تأثير الزاوية (الالتواء) بين طبقات المواد ثنائية الأبعاد على خصائصها الكهربائية. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد أظهرت مواد مثل الجرافين ثنائي الطبقات سلوكًا إلكترونيًا مختلفًا تمامًا، يتراوح بين عدم التوصيلية والتوصيلية الفائقة ، ويعتمد هذا السلوك بشكل كبير على الزاوية بين الطبقات. ^{[ 3 ] [ 4 ]} وقد استخدم هذا المصطلح لأول مرة من قبل فريق بحث إفثيميوس كاكزيراس في جامعة هارفارد في دراستهم النظرية للشبكات الفائقة للجرافين. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

حصل بابلو جاريلو هيريرو ، وآلان إتش ماكدونالد ، ورافي بيستريتزر على جائزة وولف في الفيزياء لعام 2020 لعملهم النظري والتجريبي على الجرافين ثنائي الطبقات الملتوي. ^{[ 6 ]}

في عام 2007، افترض الفيزيائي أنطونيو إتش. كاسترو نيتو، من جامعة سنغافورة الوطنية، أن ضغط طبقتين من الجرافين غير المتراصفتين معًا قد يُنتج خصائص كهربائية جديدة، واقترح بشكل منفصل أن الجرافين قد يُوفر مسارًا نحو الموصلية الفائقة، لكنه لم يجمع بين الفكرتين. ^{[ 4 ]} في عام 2010، اكتشف باحثون في مختبر إيفا أندريه بجامعة روتجرز في بيسكاتاواي، نيو جيرسي ، الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي من خلال نمط موير المميز له ، وأثبتوا أن زاوية الالتواء لها تأثير قوي على بنية النطاق من خلال قياس نقاط فان هوف المُعاد تطبيعها بشكل كبير . ^{[ 7 ]} أيضًا في عام 2010، وجد باحثون من جامعة فيديريكو سانتا ماريا التقنية في تشيلي أنه بالنسبة لزاوية معينة قريبة من درجة واحدة، يصبح نطاق البنية الإلكترونية للجرافين ثنائي الطبقة الملتوي مسطحًا تمامًا، ^{[ 8 ]} وبسبب هذه الخاصية النظرية، اقترحوا أن السلوك الجماعي قد يكون ممكنًا. في عام 2011، اكتشف آلان إتش. ماكدونالد (من جامعة تكساس في أوستن ) ورافي بيستريتزر، باستخدام نموذج نظري بسيط، أن مقدار الطاقة اللازمة للإلكترون الحر للنفق بين طبقتين من الجرافين يتغير جذريًا عند "الزاوية السحرية" التي تم تحديدها سابقًا. ^{[ 9 ]} وفي عام 2017، استخدم فريق بحث إفثيميوس كاكزيراس في جامعة هارفارد حسابات ميكانيكا الكم التفصيلية لتقليل عدم اليقين في زاوية الالتواء بين طبقتين من الجرافين، والتي يمكن أن تُحدث سلوكًا غير عادي للإلكترونات في هذا النظام ثنائي الأبعاد. ^{[ 1 ]} وفي عام 2018، وجد بابلو جاريلو-هيريرو ، الباحث التجريبي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، أن الزاوية السحرية هي التي أدت إلى الخصائص الكهربائية غير العادية التي تنبأ بها ماكدونالد وبيستريتزر. ^{[ 10 ]} عند دوران بزاوية 1.1 درجة في درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية، تنتقل الإلكترونات من طبقة إلى أخرى، مما يُنشئ شبكة وظاهرة الموصلية الفائقة. ^{[ 11 ]}

أدى نشر هذه الاكتشافات إلى ظهور عدد كبير من الأبحاث النظرية التي تسعى إلى فهم هذه الظواهر وتفسيرها ^{[ 12 ]} ، بالإضافة إلى العديد من التجارب ^{[ 3 ]} باستخدام أعداد مختلفة من الطبقات وزوايا الالتواء ومواد أخرى. ^{[ 4 ] [ 13 ]} وأظهرت الدراسات اللاحقة أن الخصائص الإلكترونية للطبقة المركبة يمكن أن تعتمد بشكل كبير على الإجهاد غير المتجانس، خاصةً بالقرب من الزاوية السحرية ^{[ 14 ] [ 15 ]} ، مما يتيح تطبيقات محتملة في مجال الإلكترونيات الإجهادية .

• الإلكترونيات الدورانية – دراسة الدوران الذاتي للإلكترون وعزمه المغناطيسي المرتبط به في الأجهزة الصلبة
• تقنية الإجهاد الإلكتروني – طريقة لتغيير خصائص المواد ثنائية الأبعاد عن طريق إدخال إجهاد مُتحكم به
• علم وادي الإلكترونيات – دراسة القيم القصوى المحلية، أو الوديان، في بنية النطاق الإلكتروني لأشباه الموصلات