Il grafene, un materiale bidimensionale costituito da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale, è stato oggetto di intense ricerche per le sue notevoli proprietà elettroniche e le potenziali applicazioni nella nanoelettronica. Impilando due strati di grafene uno sopra l'altro e ruotandoli di un piccolo angolo, i ricercatori possono creare un sistema noto come doppio strato di grafene attorcigliato. Ad uno specifico "angolo magico" di 1,1 gradi, le proprietà elettroniche di questi doppi strati subiscono un cambiamento drammatico, portando alla formazione di stati elettronici correlati.
In uno studio pubblicato sulla rivista Nature, il team del MIT, guidato da Pablo Jarillo-Herrero e Yuan Cao, ha osservato un nuovo stato di Mott in doppi strati di grafene contorti nell’angolo magico. Utilizzando una combinazione di misurazioni del trasporto elettrico e microscopia a effetto tunnel, hanno scoperto che il sistema subisce una transizione da metallo a isolante quando la temperatura si abbassa, in linea con la formazione di uno stato di Mott. Inoltre, hanno osservato un'insolita coesistenza di elettroni localizzati e delocalizzati, suggerendo un complesso gioco di interazioni in questo sistema.
Lo stato Mott trovato nei doppi strati di grafene ritorti è diverso da quelli osservati negli ossidi di metalli di transizione convenzionali, dove le interazioni sono guidate dalla repulsione di Coulomb tra gli elettroni localizzati sui siti atomici. Nel grafene ritorto, le interazioni nascono dalla struttura a bande unica che emerge nell'angolo magico, portando a un diverso meccanismo per la formazione dello stato di Mott.
Questo nuovo stato di Mott ha potenziali implicazioni per lo sviluppo delle tecnologie dell’informazione quantistica. Gli elettroni localizzati nello stato di Mott potrebbero fungere da qubit, le unità base dell’informazione quantistica. Inoltre, la sintonizzabilità delle interazioni e delle proprietà elettroniche dei doppi strati di grafene ritorti variando l'angolo di torsione, fornisce una piattaforma versatile per lo studio dei sistemi elettronici correlati e dei fenomeni quantistici.
La scoperta del nuovo stato di Mott nei doppi strati di grafene contorti nell’angolo magico apre nuove strade per l’esplorazione nella fisica della materia condensata e nei materiali quantistici. Ulteriori ricerche in questo campo potrebbero portare a una comprensione più approfondita dei sistemi elettronici correlati e aprire la strada allo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche.
