I ricercatori della National University of Singapore hanno scoperto un metodo semplice ed efficace per produrre un campo pseudomagnetico (PMF) di ampia area sul grafene, e ha dimostrato come può essere sintonizzato con la distribuzione spaziale e l'intensità desiderate per l'archiviazione dei dati e le applicazioni logiche ("Personalizzazione di campi pseudo-magnetici a livello di campione su un'eterostruttura di grafene-fosforo nero").

Il campo dell'elettronica si concentra su come controllare e sfruttare le proprietà degli elettroni. Per studiare o modificare le proprietà di questi elettroni al regime quantistico, deve essere applicato un campo magnetico.

Un altro modo per ottenere questo effetto è creare meccanicamente un tipo speciale di deformazione nel grafene, dove gli elettroni si comportano come se fossero sotto l'influenza di un campo magnetico applicato esternamente. In questo caso, nessun campo magnetico è fisicamente applicato e ciò è spiegato dalla presenza di PMF indotto da deformazione.

Gli elettroni hanno gradi di libertà aggiuntivi (parametro indipendente che descrive lo stato elettronico) oltre alla sua carica. Questi sono conosciuti come gli spin e il grado di libertà della valle. Le valli sono i massimi e i minimi delle energie degli elettroni in un solido cristallino. Un metodo per controllare gli elettroni in diverse valli può essere potenzialmente utilizzato per sviluppare tecnologie di calcolo più efficienti.

I PMF indotti dal ceppo nel grafene sono stati esplorati come un approccio promettente per separare le valli nel grafene e rendere le loro energie non equivalenti, producendo fisica intrigante come la corrente polarizzata a valle. Molti ricercatori sono stati attratti dalle enormi PMF (fino a 300 tesla) osservate in ambienti non planari, nanostrutture di grafene tese come le nanobolle di grafene.

Però, questi sono distribuiti casualmente e non sono fattibili per l'implementazione pratica. Sebbene la teoria preveda che le deformazioni con simmetria triangolare siano in grado di creare PMF nei materiali, non esiste attualmente alcuna tecnica sperimentale nota in grado di creare la trama di deformazione specifica per generare un PMF uniforme con la distribuzione spaziale e l'intensità desiderate.

Un team guidato dal Prof LOH Kian Ping del Dipartimento di Chimica e Centro per materiali 2-D avanzati, NUS ha scoperto un modo per generare PMF sul grafene sovrapponendo il grafene al fosforo nero (BP) per formare un'eterostruttura grafene-su-BP. Il team di ricerca comprende anche il chimico di superficie Prof. LU Jiong e il teorico Prof. Adam SHAFFIQUE di NUS. Il grande disadattamento del reticolo e la deformazione di taglio imposti dai reticoli l'uno sull'altro danno origine a PMF sul grafene, che può essere misurato direttamente utilizzando la microscopia a effetto tunnel.

Inoltre, hanno scoperto un modo per adattare l'intensità e la distribuzione spaziale delle PMF sul grafene modificando l'angolo di rotazione tra le direzioni cristallografiche del grafene e la BP. Quando viene applicato un campo magnetico esterno in presenza del PMF, sono in grado di creare due tipi di correnti non equivalenti, nota come corrente polarizzata a valle nelle misurazioni del trasporto elettrico.

Il professor Loh ha detto, "Il controllo dei PMF su scala nanometrica consente di testare la seguente fisica estrema:in primo luogo, i campi PMF possono fungere da barriere energetiche per confinare in modo efficiente le correnti in un canale unidimensionale. Inoltre, filtri a valle possono essere sviluppati in base alla polarizzazione a valle. È importante sottolineare che abbiamo scoperto che una complessa trama di deformazione formata posizionando un cristallo esagonale (grafene) su un cristallo ortorombica (BP) è adatta per generare un PMF di ampia area.

L'implicazione è che potrebbero esserci altre combinazioni di cristalli bidimensionali che non sono ancora state scoperte. Il nostro studio apre quindi nuove opportunità per l'ingegneria delle deformazioni al fine di adattare la distribuzione spaziale e l'intensità dei PMF".