Kakšen tvist

Ena lastnost, ki naravoslovno znanost ločuje od drugih znanstvenih praks, je možnost izolacije določenega fenomena od njegove okolice. Splošni recept za težke probleme se tako glasi: iznajti okolje, v katerem lahko izklopimo vplive pojavov, ki - verjamemo - nimajo vpliva na predmet raziskave. Šele nato fenomen teoretiziramo.

Dva težka problema v fiziki kondenzirane snovi sta visokotemperaturna superprevodnost in ulomljeni kvantni Hallov pojav. Pri prvem gre za nenavadno lastnost nekaterih snovi, da brez upornosti začnejo prevajati pri relativno visokih temperaturah. Seveda visoke temperature v fizikalnem smislu, torej še vedno minus 100 in nekaj stopinj Celzija. Medtem ko običajno superprevodnost relativno dobro razumemo že od sedemdesetih, se za to bolj eksotično inačico verjame, da veliko vlogo igrajo elektronske korelacije - ni pa čisto jasno, kakšno.

Te korelacije pa so prav tako pomembne pri ulomljenem kvantnem Hallovem pojavu. Tu gre za posebna stanja v magnetnem polju z nepričakovano lastnostjo, da elektroni na videz razpadajo na tretjine. Razumeti, kako točno se to zgodi, otežuje dejstvo, da ne poznamo dosti materialov, v katerih bi te efekte lahko preiskovali. Podobno je s superprevodnostjo: kaže, da omenjenih pojavov preprosto ne opazimo dovolj pogosto, da bi lahko zares razbrali njihove vzroke.

Na tej točki lahko končno preidemo k dobrim novicam iz MIT-a, kjer je raziskovalna skupina razvila nov material za študijo koreliranih elektronov. Gre za malo razmaknjeni plasti grafena, praktično dvodimenzionalnega materiala iz ogljika, ki pa sta med seboj zavrteni za majhen kot okoli ene stopinje. Pri tem magičnem kotu se zadnji zapolnjeni elektronski pas skoraj popolnoma splošči, za ploske pasove pa je značilen velik vpliv medelektronskega odboja in korelacij.

Lastnosti grafenskega dvosloja so zelo močno odvisne od zapolnjenosti tega zadnjega pasu. V relativno enostavnem eksperimentu je skupina v primeru polovične zapolnjenosti dokazala obstoj izolatorske faze, pri četrtinski pa superprevodno fazo. Ta vzorec je tipičen za visokotemperaturne superprevodnike.

Po drugi strani so demonstrirali tudi, da je z električnim poljem v smeri pravokotno na dvosloj mogoče spremeniti tako imenovano Chernovo število elektronskega pasu. Če je to število različno od nič, lahko pričakujemo Hallova stanja, močen vpliv elektronskega odboja pa pomeni, da gre za posebno zanimiva ulomljena Hallova stanja.

Če pozabimo na žargon: bistveno pri vsej stvari je to, da je snov odličen laboratorij za raziskovanje močno koreliranih elektronov v dveh dimenzijah. Ne samo, da znamo grafen dobro sintetizirati že nekaj časa, enostavnost metod za manipulacijo do sedaj zelo eksotičnih stanj obljublja veliko za razumevanje desetletja starih problemov.