Toplumumuzu güçlendiren elektronlar, elektroniğimizdeki devreler boyunca sağa ve sola, enerji şebekemizi oluşturan iletim hatları boyunca ileri geri ve her binanın her katını aydınlatmak için yukarı ve aşağı akar. Ancak yeni keşfedilen “moiré kristalleri” içindeki elektronlar çok daha garip yollarla hareket eder. Üç boyutlu dünyamızda sağa ve sola, ileri geri veya yukarı ve aşağı hareket edebilirler, ancak bu elektronlar aynı zamanda sanki algılanabilir gerçekliğimize dik olan gizemli bir dördüncü boyuta teleport olabiliyorlarmış gibi davranır. Fizikçiler, bu garip, yeni keşfedilen kuantum davranışının elektronların kendileriyle değil, yaşadıkları tuhaf malzeme ortamıyla ilgili olduğunu bulmuşlardır.
Moiré kristallerindeki elektronlar, “kuantum tünelleme” adı verilen bir süreçle dördüncü bir boyuta sıçrarlar. Bir tepenin dibinde duran bir futbol topu, biri onu alana kadar yerinde kalırken, bir vadideki kuantum parçacığı kendi başına dışarı sıçrayabilir. Kuantum tünelleme bize sihirli görünebilir, ancak atomların uzunluk ölçeklerinde mikroskobik kuantum dünyasında oldukça yaygındır. Kuantum tünelleme, özellikle ortaya çıkan kuantum teknolojisi manzarasının temelini oluşturan büyük süper iletken devrelerde daha büyük uzunluk ölçeklerinde de önemlidir; bu durum 2025 Nobel Fizik Ödülü ile de tanınmıştır.
Ancak, moiré kristallerindeki kuantum tünelleme farklıdır; bir elektron tünellendiğinde, fizikçiler şimdi onun tamamen farklı bir dünyaya tünellemiş ve geri dönmüş gibi davrandığını ölçmüşlerdir; sanki dördüncü “sentetik” bir boyut aracılığıyla taşınmış gibi.
MIT araştırmacılarından oluşan bir ekip, yakın zamanda Nature dergisinde yayımlanan bir makalede, yüksek kaliteli moiré malzemeleri üretmek için uzun zamandır beklenen ölçeklenebilir bir teknik geliştirmiştir ve bu, sonraki nesil elektronik uygulamalar için bir malzeme darboğazını aşmaktadır. Ayrıca, bu kristallerdeki elektronlar, sanki dördüncü bir uzay boyutunda teleport olabiliyorlarmış gibi davranarak, laboratuvar ortamında daha yüksek boyutlu süper iletkenlik ve daha yüksek boyutlu topolojik özelliklerin sayısız teorik tahminlerini gerçekleştirmek için gerçekçi bir malzeme yaklaşımını açmaktadır.
Çalışmanın eş baş yazarları, MIT'de fizik alanında Pappalardo doktora sonrası araştırmacısı olan Kevin Nuckolls ve Nisarga Paul PhD ’25'tir; çalışmanın sorumlu yazarı ise MIT'de fizik profesörü Joe Checkelsky'dir. Ayrıca, çalışmanın MIT'li yazarları arasında Alan Chen, Filippo Gaggioli, Joshua Wakefield ve Liang Fu ile birlikte Harvard Üniversitesi, Toho Üniversitesi ve Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'ndaki işbirlikçileri bulunmaktadır.
Kristal mükemmelliği
Moiré malzemesi yapmak için fizikçiler önce atomik olarak ince iki boyutlu (2D) malzemelerle, en ince karbon levhaları olan grafenle başlarlar. Moiré malzemeleri, aynı 2D malzemenin bireysel levhalarını birleştirip birbirine göre ileri geri döndürerek oluşturulabilir. Moiré malzemeleri, çok benzer ama tam olarak aynı olmayan iki farklı 2D malzemenin birleştirilmesiyle de oluşturulabilir; bu, dikkatlice hizalanmış olsalar bile birbirleriyle asla mükemmel bir şekilde eşleşemeyeceklerini garanti eder. Bu iki yöntem, moiré malzemelerinin bireysel katmanlarının bazı alanlarda neredeyse hizalandığı ve diğerlerinde görünür şekilde hizalanmadığı karmaşık girişim desenleri yaratır. Fizikçiler bu desenlere, iki farklı iplik deseninin üst üste gelmesiyle benzer güzel desenler gösteren tarihi Fransız kumaşlarından esinlenerek “moiré süperlatifleri” adını verirler.
On yılı aşkın bir süredir, moiré malzemeleri, fizikçilerin kuantum malzeme özelliklerini tasarlama ve kontrol etme şekillerini tamamen yeniden şekillendirmiştir ve MIT'deki fizik laboratuvarları bu sürekli büyüyen araştırma alanında dönüştürücü keşiflerin merkezi olmuştur. MIT'de Cecil ve Ida Green Fizik Profesörü olan Pablo Jarillo-Herrero ve MIT'de fizik profesörü Raymond Ashoori, moiré malzemeleri üretmek için yeni tekniklerin erken benimseyicileri olmuşlardır. 2014 yılında, laboratuvarları, grafen ve 2D malzeme bor nitridinden yapılan moiré malzemelerindeki elektronların “Hofstadter’ın kelebekleri” olarak bilinen karmaşık bir ku
