Struktura grafita sasvim je jednostavna. Taj je mineral – ili, bolje rečeno,  alotropska modifikacija ugljika – izgrađena od slojeva atoma, dakako ugljikovih, poslaganih jedan na drugi. Atomi u istom sloju povezani su kovalentnim vezama u šesterokutnu mrežu (poput one na nogometnim vratnicama), dok se slojevi drže jedan za drugi desetak puta slabijim silama. Zbog toga se grafit dade lako kalati, a grafitnom se olovkom može lako pisati. No slojevi se šesterokutnih mreža ugljikovih atoma mogu odvojiti. Tako nastaje grafit od samo jednog sloja atoma. No, to više nije grafit nego grafen.

Grafen je čudesna tvar, prije svega zbog izuzetne čvrstoće: dvjesto je puta čvršći od čelika! Njegovo otkriće 2004. godine raspirilo je maštu kemičara. Za što se sve ne bi mogao primijeniti! No onda su počeli razmišljati dalje, razmišljati o njegovim kombinacijama – jer draž kemije, kao i šaha, leži upravo u kombinacijama. Tako su došli do dvoslojnog grafena, bilayer graphene (BG), tvari  koju možemo smatrati „podebljanim grafenom“ no i tankim, zapravo najtanjim grafitom. U dvojslojnom grafenu ugljikovi atomi leže, kao i u grafitu,  jedan iznad drugoga. Kemijske veze jednoga sloja paralelne su s kemijskim vezama drugog sloja. No što ako se slojevi pomaknu iz svog „prirodnog“ položaja?

Ako se to dogodi, ako se slojevi grafena zakrenu jedan prema drugome, nastaje opet nešto novo – twisted bilayer graphene (TwBG ili TBG). Iznosi li zakretni kut (θ) točno 1,1 stupanj, grafen postaje „čaroban“. Nastao je magic-angle TBG ili MATBG (magic-angle twisted bilayer graphene). Gledano odozgo, struktura MATBG izgleda poput loše skenirane šesterokutne mreže – pojavljuje se naime moare.

U znanosti nema čaranja i bajanja, nema ni bijele ni crne magije – pa kako onda jedan kut, kut od 1,1^o, može biti „čaroban“?  Pri tom zakretu grafenskih slojeva dvoslojni grafit kao da postaje sasvim nova tvar – jer postaje  supravodljiv. (TBG s θ = 1,05^o postiže supravodljivost pri temperaturi od 1,7 K, no ako se θ poveća za samo 0,11^o,na 1,16^o, supravodiljivost se postiže pri 0,5 K.) Pri višim temperaturama zakrenuti dvoslojni grafen (TBG) pokazuje mnogo veću ovisnost električne vodljivosti o temperaturi nego jednoslojni grafen. Stoga bi TBG mogao polužiti i kao termistor, otpornik za mjerenje temperature.

 Kada se još malo poveća zakretni kut, evo novog čuda.  Pri vrijednosti θ = 1,20 ± 0,01^o dvoslojni grafen postaje feromagnetičan – magnetičan poput željeza (no i nekih drugih metala, primjerice kobalta i volframa, ali i minerala magnetita, Fe₃O₄). Takav, ni pola nanometra debeli  magnet pokazuje usto kvantizirani anomalni Hallov efekt (QAH) – što ga čini materijalom prikladnim za izradu nekog budućeg kvantnog kompjutora.

Kada sve saberemo, dolazimo do šire slike: od grafena, ne nužno dvoslojnoga, sa slojevima zakrenutima za djeliće stupnja oko magičnog kuta od 1,1^o mogli bi se napraviti raznovrsni elektronički elementi. Ti bi se pak elementi mogli povezivati u integrirane krugove jednoslojnim ili dvoslojnim grafenskim mrežama. Drugim riječima, nova bi se elektronika – tvistronika  (twistronics) – temeljila na grafenu čija bi funkcija i tehničke karakteristike ovisile o kutu zakretanja slojeva. No unatoč zvučnom imenu, od tvistronike se  još ništa nije vidjelo u praksi. Mnogo se na njoj radi, pa će na kraju od svega toga nešto i biti. Treba samo malo, kao i uvijek, pričekati.

Tvistronika bi u punom smislu riječi bila nanoelektronika, jer elektronički elementi dvoslojnog grafita ne bi morali biti veći od kubičnog nanometra (memorija od milijardu GB u kubičnom milimetru!).  I još nešto: teško je i zamisliti ekološki povoljniji materijal od grafena. Riječ je o čistom ugljiku koji u okolišu ne može činiti nikakvu štetu. Ako se pak spali od njega nastaje samo ugljikov dioksid. Zato palac gore za tvistroniku!

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, BUG online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, a nedavno mu je izišla još jedna: „Mala škola pisanja (za znanstvenike i popularizatore)“. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.