Un gruppo di fisica dell'Università dell'Oklahoma fa luce su un nuovo stato di Mott osservato nei doppi strati di grafene attorcigliati all'"angolo magico" in un recente studio appena pubblicato su Lettere di revisione fisica . I fisici dell'UO mostrano che lo stato di Mott nei doppi strati di grafene favorisce l'allineamento ferromagnetico degli spin degli elettroni, un fenomeno inaudito negli isolanti Mott convenzionali, e un nuovo concetto sul nuovo stato isolante osservato nei doppi strati di grafene attorcigliati.

"Stiamo cercando di capire la natura dello stato Mott in questo sistema, " disse Bruno Uchoa, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astrofisica Homer L. Dodge. "Lo stato di Mott che abbiamo proposto è uno stato isolante che può portare alla superconduttività in alcune condizioni, tuttavia è diverso dagli stati di Mott osservati in altri sistemi. Ci sono differenze fondamentali, però, ed è questo che stiamo studiando".

La fisica di Mott è stata ampiamente studiata negli ultimi decenni in superconduttori cuprati ad alta temperatura, materiali che in alcune condizioni possono trasmettere correnti di carica a temperature relativamente elevate senza produrre alcuna dissipazione di calore. Nella fase Mott, però, il moto dei portatori di carica è limitato dalla loro forte repulsione elettrica reciproca, che porta al comportamento isolante, quando un materiale non è in grado di condurre elettricità.

Porta anche all'antiferromagnetismo, uno stato in cui gli spin di due elettroni seduti uno accanto all'altro sono antiparalleli. Quest'ultima proprietà è il risultato del principio di esclusione di Pauli, una delle tante proprietà esotiche della meccanica quantistica, che afferma che i due elettroni non possono occupare lo stesso stato quantistico. Il nuovo studio mostra che lo stato di Mott nel grafene si discosta da altri esempi noti in modi fondamentali.

Usando due fogli di grafene attorcigliati con un angolo molto piccolo, noto come 'angolo magico, ' il sistema è correlato alle proprietà osservate nei superconduttori ad alta temperatura. Il grafene è fatto di carbonio e il materiale più sottile dell'universo, solo un atomo di spessore. Il materiale è come un reticolo a nido d'ape, quindi due strati attorcigliati con un angolo molto piccolo fanno sì che gli elettroni si muovano in modo diverso. Il nuovo lavoro mostra che i vincoli reticolari imposti dal piccolo angolo di torsione possono favorire fortemente l'allineamento parallelo degli spin elettronici anche quando gli elettroni si respingono fortemente l'un l'altro. I fisici dell'UO hanno proposto un nuovo stato di Mott in cui questi elettroni si comportano in modi mai visti prima.

"I doppi strati di grafene attorcigliati sono molto promettenti per una varietà di applicazioni tecnologiche nei nanodispositivi, " disse Kangjun Seo, un ricercatore post-dottorato nel gruppo UO, chi è stato il primo autore dello studio. "Questo è un sistema fisico molto interessante e importante."

Il documento dell'UO, "Stato di Mott ferromagnetico in doppi strati di grafene attorcigliati all'angolo magico, " recentemente è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica .