Le graphène est un film de carbone d'une épaisseur d'exactement un atome. Deux de ces feuilles, superposées avec une légère rotation, se comportent très différemment d'une feuille unique. Pour un angle d'environ 1,1 degré, les électrons y ralentissent tellement que le matériau peut devenir supraconducteur ou isolant, selon les conditions. Cet angle est appelé « angle magique ».
Le problème est qu'empiler deux feuilles avec une rotation précise à la main est presque impossible. Des chercheurs en Chine ont trouvé un moyen de faire croître du graphène torsadé directement sur un substrat de platine. Ils ont remarqué que différents grains de platine (zones avec des orientations d'atomes différentes) présentent des activités catalytiques différentes : sur certains, le graphène croît plus vite, sur d'autres plus lentement. En choisissant des grains voisins avec des activités très différentes, la couche de graphène en croissance se plie ou se déchire d'elle-même à l'endroit voulu, formant une rotation avec un angle prédéfini.
Les chercheurs ont utilisé le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), une méthode où le carbone issu du méthane gazeux se dépose sur du platine chaud et forme un film de graphène. En observant la croissance en temps réel, ils ont découvert que l'orientation du graphène dépend du microrelief de la surface du grain de platine. Les marches atomiques à la surface agissent comme des guides : le graphène croît le long de celles-ci, et lors du passage sur un autre grain, il peut changer de direction et se plier.
Ainsi, ils ont réussi à obtenir non seulement des couches torsadées avec des angles arbitraires, mais aussi avec l'angle magique, pour lequel les bandes électroniques deviennent plates. Cela signifie que les électrons cessent d'accélérer et se déplacent à la même vitesse, ce qui renforce fortement les interactions entre eux et engendre des états quantiques inhabituels.
La méthode est adaptée à la production de masse : il n'est pas nécessaire de transférer et d'aligner les couches manuellement, tout se passe en un seul processus de croissance. Cela rapproche la création de dispositifs électroniques à base de graphène torsadé, des capteurs ultra-sensibles aux éléments d'ordinateurs quantiques.
Le platine n'est pas seulement un substrat, c'est un catalyseur. Il décompose le méthane en carbone et en hydrogène, et c'est le carbone qui s'assemble en réseau de graphène. De plus, les différentes faces du cristal de platine travaillent à des vitesses différentes, ce qui permet de contrôler la croissance.
Dans la science-fiction, on rencontre souvent des matériaux aux propriétés programmables, qui changent selon la rotation des couches. Par exemple, dans le roman de Neal Stephenson « L'Âge de diamant », on décrit des matériaux intelligents qui réagissent à la structure. Le graphène torsadé est un pas réel vers de telles technologies.