Cuando dos capas bidimensionales atómicamente delgadas se apilan una encima de la otra y se hace que una capa gire contra la segunda capa, comienzan a producir patrones, los patrones de muaré familiares, que ninguna capa puede generar por sí sola y que facilitan el paso de la luz y los electrones, teniendo en cuenta materiales que exhiben fenómenos inusuales. Por ejemplo, cuando se superponen dos capas de grafeno y el ángulo entre ellas es de 1,1 grados, el material se convierte en superconductor.

"Es un poco como pasar por un viñedo y mirar por la ventana las hileras de viñedos. De vez en cuando, no ve filas porque está mirando directamente a lo largo de una fila, "dijo Nathaniel Gabor, profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Orilla. "Esto es similar a lo que sucede cuando dos capas atómicas se apilan una encima de la otra. En ciertos ángulos de torsión, todo está permitido energéticamente. Se suma a la perfección para permitir interesantes posibilidades de transferencia de energía ".

Este es el futuro de los nuevos materiales que se sintetizan retorciendo y apilando capas atómicamente delgadas, y todavía está en la etapa de "alquimia", Añadió Gabor. Para traerlo todo bajo un mismo techo él y el físico Justin C. W. Song de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, han propuesto que este campo de investigación se denomine "metamateriales cuánticos de electrones" y acaban de publicar un artículo en perspectiva en Nanotecnología de la naturaleza .

“Destacamos el potencial de diseñar matrices periódicas sintéticas con tamaños de características por debajo de la longitud de onda de un electrón. Tal ingeniería permite manipular los electrones de formas inusuales, resultando en una nueva gama de metamateriales cuánticos sintéticos con respuestas no convencionales, "Dijo Gabor.

Los metamateriales son una clase de material diseñado para producir propiedades que no ocurren naturalmente. Los ejemplos incluyen dispositivos de ocultación óptica y superlentes similares a la lente de Fresnel que usan los faros. Naturaleza, también, ha adoptado tales técnicas, por ejemplo, en el color único de las alas de las mariposas, para manipular fotones a medida que se mueven a través de estructuras a nanoescala.

"A diferencia de los fotones que apenas interactúan entre sí, sin embargo, los electrones en metamateriales estructurados de sublongitud de onda están cargados, e interactúan fuertemente, "Dijo Gabor." El resultado es una enorme variedad de fenómenos emergentes y clases radicalmente nuevas de metamateriales cuánticos que interactúan ".

Gabor y Song fueron invitados por Nanotecnología de la naturaleza escribir un artículo de revisión. Pero la pareja eligió profundizar más y presentar la física fundamental que puede explicar gran parte de la investigación en metamateriales cuánticos de electrones. En cambio, escribieron un documento de perspectiva que visualiza el estado actual del campo y discute su futuro.

"Investigadores, incluso en nuestros propios laboratorios, estaban explorando una variedad de metamateriales pero nadie le había dado al campo ni siquiera un nombre, "dijo Gabor, quien dirige el laboratorio de Optoelectrónica de Materiales Cuánticos en la UCR. "Esa fue nuestra intención al escribir la perspectiva. Somos los primeros en codificar la física subyacente. En cierto modo, estamos expresando la tabla periódica de este nuevo y apasionante campo. Ha sido una tarea hercúlea codificar todo el trabajo que se ha realizado hasta ahora y presentar una imagen unificadora. Las ideas y experimentos han madurado, y la literatura muestra que ha habido un rápido progreso en la creación de materiales cuánticos para electrones. Era hora de controlarlo todo bajo un mismo paraguas y ofrecer una hoja de ruta a los investigadores para categorizar el trabajo futuro ".

En la perspectiva, Gabor y Song recopilan ejemplos tempranos en metamateriales electrónicos y destilan estrategias de diseño emergentes para el control electrónico a partir de ellos. Escriben que uno de los aspectos más prometedores del nuevo campo ocurre cuando los electrones en muestras de estructura de sublongitud de onda interactúan para exhibir un comportamiento emergente inesperado.

"El comportamiento de la superconductividad en el grafeno bicapa retorcido que surgió fue una sorpresa, "Dijo Gabor." Se nota, notablemente, cómo las interacciones electrónicas y las características de sublongitud de onda podrían trabajar juntas en metamateriales cuánticos para producir fenómenos radicalmente nuevos. Son ejemplos como este los que pintan un futuro apasionante para los metamateriales electrónicos. Hasta ahora, sólo hemos preparado el escenario para muchos trabajos nuevos por venir ".