Физики сымитировали скрученный двухслойный материал с помощью бозе-конденсата атомов рубидия, помещенный в две оптические решетки, повернутые относительно друг друга на небольшой угол. Длины волн решеточных лазеров были настроены так, чтобы ограничивать атомы с противоположным направлением спина, а для их переброски между решетками использовалось микроволновое излучение. При таких условиях ученые нашли четыре различные фазы, включая сверхтекучесть и фазу моттовского изолятора.

Исследование опубликовано в Nature.

Твистроника — то есть исследование новых свойств у двумерных материалов, слои которых скручены относительно друг друга на некоторый угол — переживает сейчас бурное развитие. Физики находят в таких структурах необычный магнитный порядок и формируют вигнеровские электронные кристаллы, а двухслойный скрученный графен способен в зависимости от угла быть странным металлом, сверхпроводником или моттовским изолятором. Подробнее об этом читайте в материале Тонко закручено.

Подобные твердотельные явления можно изучать и с помощью их атомных аналогов. Запирая холодные атомы в оптических ловушках или оптических решетках и управляя их взаимодействием, физикам удается наблюдать процессы, схожие с процессами в кристаллах. В этом случае атомные бозе- и ферми-газы выступают в роли квантовых симуляторов с большим контролем над протеканием процессов.

Попытаться симулировать твистронные эффекты с помощью оптических решеток физики предложили сравнительно недавно. Для этого требуется сформировать две решетки, ориентированные под углом друг к другу. При этом необязательно разносить их в пространстве: можно ввести синтетическую размерность, эквивалентную разной высоте слоев в двухслойном графене, если настроиться на разные спиновые состояния атомов в одном и том же облаке. Именно таким путем пошли физики из Китая и США под руководством Цзиня Чжана (Jing Zhang) из Университета Шаньси.