La superficie rappresenta le bande a bassa energia del grafene a doppio strato attorno alla valle K e il colore della superficie indica l'ampiezza della curvatura di Berry, che funge da nuovo vettore di informazioni. Quando l'hBN superiore e inferiore sono sfasati tra loro (a) l'ampiezza della curvatura di Berry è molto piccola ed è confinata alla K-valle. Però, quando l'hBN superiore e inferiore sono in fase tra loro (b) l'asimmetria indotta tra gli strati di grafene a doppio strato si traduce in una grande curvatura di Berry che è ampiamente diffusa attorno alla K-valle dello spazio reciproco. Attestazione:JAIST
I computer di oggi utilizzano la presenza o l'assenza di carica (0s e 1s) per codificare informazioni, dove il movimento fisico delle cariche consuma energia e provoca calore. Una nuova alternativa consiste nell'utilizzare il numero quantico dell'onda di elettroni mediante il quale è possibile la codifica delle informazioni senza spostare fisicamente i portatori. Questo studio mostra che la manipolazione del numero quantico dell'onda è possibile controllando la configurazione di impilamento e l'orientamento di diversi materiali bidimensionali.
Valleytronics dà origine alla corrente di valle, una stalla, corrente senza dissipazione che è guidata da un campo pseudo-magnetico, Curvatura della bacca. Ciò a sua volta consente l'elaborazione delle informazioni e la tecnologia di archiviazione basate su Valleytronics. Un prerequisito per l'emergere della curvatura di Berry è una simmetria di inversione rotta o una simmetria di inversione temporale rotta. Pertanto, i materiali bidimensionali come i dichalcogenuri di metalli di transizione e il grafene a doppio strato sono ampiamente studiati per la valleytronica poiché mostrano una simmetria di inversione rotta.
Per la maggior parte degli studi relativi al grafene e ad altri materiali bidimensionali, questi materiali sono incapsulati con nitruro di boro esagonale (hBN), un materiale a banda proibita larga che ha un parametro reticolare paragonabile a quello del grafene. L'incapsulamento con strato di hBN protegge il grafene e altri materiali bidimensionali dall'assorbimento indesiderato di molecole vaganti mantenendo intatte le loro proprietà. hBN agisce anche come substrato bidimensionale liscio a differenza di SiO 2 che è altamente non uniforme, aumentare la mobilità dei vettori nel grafene. Però, la maggior parte degli studi di valleytronics sul grafene a doppio strato con incapsulamento di hBN non ha preso in considerazione l'effetto dello strato di hBN nel rompere la simmetria dello strato del grafene a doppio strato e nell'indurre la curvatura di Berry.
Per questa ragione, Afsal Kareekunnan, postdoc del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), il docente senior Manoharan Muruganathan e il professor Hiroshi Mizuta hanno deciso che era fondamentale prendere in considerazione l'effetto dell'hBN come substrato e come strato di incapsulamento sulle proprietà valleytronics del grafene a doppio strato. Utilizzando i calcoli dei principi primi, hanno scoperto che per eterostrutture commisurate al grafene hBN/bilayer, la configurazione e l'orientamento dello strato hBN hanno un enorme effetto sulla polarità, così come la grandezza della curvatura di Berry.
Per eterostrutture hBN/doppio strato di grafene non incapsulate, dove hBN è presente solo in basso, la simmetria dello strato è rotta a causa della differenza nel potenziale sperimentato dai due strati del grafene a doppio strato. Questa asimmetria dello strato induce una curvatura della bacca diversa da zero. Però, l'incapsulamento del grafene a doppio strato con hBN (dove l'hBN superiore e inferiore sono sfasati tra loro) annulla l'effetto di hBN e spinge il sistema verso la simmetria, riducendo l'ampiezza della curvatura di Berry. Una piccola curvatura di Berry che è ancora presente è la caratteristica del grafene a doppio strato incontaminato in cui il trasferimento di carica spontaneo dalle valli a uno degli strati si traduce in una leggera asimmetria tra gli strati come riportato in precedenza dal gruppo.
Ciò nonostante, l'incapsulamento del grafene a doppio strato con l'hBN superiore e inferiore in fase tra loro migliora l'effetto di hBN, portando ad un aumento dell'asimmetria tra gli strati e ad una grande curvatura di Berry. Ciò è dovuto al potenziale asimmetrico sperimentato dai due strati di grafene a doppio strato dall'hBN superiore e inferiore. Il gruppo ha anche scoperto che l'ampiezza e la polarità della curvatura di Berry possono essere sintonizzate in tutti i casi sopra menzionati con l'applicazione di un campo elettrico fuori piano.
"Crediamo che, sia dal punto di vista teorico che sperimentale, analisi così precisa dell'effetto dell'uso di hBN sia come substrato che come strato di incapsulamento per dispositivi a base di grafene, offre una visione approfondita del sistema che ha un grande potenziale per essere un materiale Valleytronic ideale, " Ha detto il professor Mizuta.
