doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.246401
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#Grafeno
Adicionar um campo magnético alternado a duas camadas de grafeno torcidas em um ângulo pode dar origem a fenômenos eletrônicos exóticos.
Físicos da RIKEN demonstraram que campos magnéticos podem manipular as propriedades eletrônicas do grafeno bicamada torcido, introduzindo novos ângulos “mágicos” e criando bandas planas quadruplamente degeneradas. Esses avanços sugerem potencial para descobrir mais materiais com fenômenos eletrônicos exóticos, expandindo o escopo da física da matéria condensada.
Aproveitando campos magnéticos na pesquisa de grafeno:
Campos magnéticos podem projetar bandas planas em camadas de grafeno torcido para criar um novo playground para a física exótica, físicos da RIKEN mostraram.
As propriedades exóticas do grafeno – uma única camada de átomos de carbono em uma rede hexagonal – estão agora bem estabelecidas. Os elétrons se movem efetivamente através do grafeno como se não tivessem massa. Esta é uma perspectiva empolgante para criar dispositivos eletrônicos com funcionalidades além daquelas do silício.
Explorando o padrão moiré no grafeno torcido:
As coisas ficam ainda mais estranhas quando duas ou mais camadas de grafeno são combinadas.
Sempre que duas folhas com um padrão repetitivo são colocadas uma sobre a outra, um padrão muito maior emerge quando uma folha é girada. Duas camadas de grafeno também exibem esse chamado padrão moiré.
Isso leva a uma mudança drástica nas propriedades. Por exemplo, em ângulos torcidos específicos, ao ajustar o número de elétrons, o grafeno bicamada pode exibir comportamentos de um isolante correlacionado, bem como supercondutividade.
Desbloqueando uma nova física com campos magnéticos espacialmente variáveis
Agora, Ching-Kai Chiu e Congcong Le, ambos do RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), e colegas de trabalho mostraram que o grafeno de bicamada torcida pode se tornar um playground ainda mais rico para a física exótica usando um campo magnético espacialmente variável.
A estrutura de banda única do grafeno dá origem às suas propriedades eletrônicas especiais. “O grafeno é conhecido por ter uma estrutura de banda com uma relação linear entre a energia e o momento de um elétron em certos pontos”, explica Chiu.
Ter duas camadas de grafeno torcidas em um ângulo altera essas bandas. “No grafeno de bicamada torcida, em certos ângulos de torção ‘mágicos’, essas bandas evoluem para bandas planas porque o acoplamento entre as camadas é ajustado para o ponto certo”, diz Chiu.
Avanço nos estudos de interação de elétrons:
Nessas bandas planas, a energia cinética dos elétrons é minimizada, então as interações entre os elétrons se tornam a força dominante. Interações elétron-elétron intensas levam a numerosos fenômenos eletrônicos fortemente correlacionados, como a supercondutividade não convencional.
“A descoberta de elétrons fortemente correlacionados em dispositivos de grafeno bicamada torcida de ângulo mágico chocou e entusiasmou a comunidade da física”, observa Le.
Essas bandas planas são degeneradas duas vezes: ou seja, dois estados quânticos diferentes têm a mesma energia. Chiu e a equipe agora mostraram matematicamente que a introdução de um campo magnético espacialmente alternado dá origem a ângulos mágicos adicionais e bandas planas que são quadruplamente (quatro vezes) degeneradas.
“Essa degeneração mais alta pode potencialmente levar a fenômenos ainda mais correlacionados”, diz Le. “E a fase magnética oferece um novo grau adicional de liberdade para adaptar a estrutura da banda eletrônica.”
A busca continua para encontrar outros materiais que exibam esses fenômenos. “Vamos procurar sistematicamente por novas plataformas que hospedem bandas planas”, diz Chiu.
Publicado em 11/09/2024 14h13
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