A sinistra:questa immagine, preso con un microscopio a scansione a effetto tunnel, mostra un motivo moiré in grafene a doppio strato ritorto "angolo magico". A destra:spettroscopia di carica a effetto tunnel, una tecnica inventata dal gruppo della professoressa Eva Andrei, rivela gli elettroni correlati come mostrato dalle strisce di carica alternate positive (blu) e negative (rosse) che si sono formate nel grafene a doppio strato attorcigliato "angolo magico" visto nell'immagine a sinistra. Credito:Yuhang Jiang/Rutgers University-New Brunswick
Quando due retine sono sovrapposte, bellissimi motivi appaiono quando uno schermo è sfalsato. Questi "moiré" hanno a lungo incuriosito gli artisti, scienziati e matematici e hanno trovato applicazioni nella stampa, moda e banconote.
Ora, un team guidato da Rutgers ha aperto la strada alla risoluzione di uno dei misteri più duraturi nella fisica dei materiali scoprendo che in presenza di un motivo moiré nel grafene, gli elettroni si organizzano in strisce, come soldati in formazione.
Le loro scoperte, pubblicato sulla rivista Natura , potrebbe aiutare nella ricerca di materiali quantistici, come i superconduttori, funzionerebbe a temperatura ambiente. Tali materiali ridurrebbero drasticamente il consumo di energia rendendo la trasmissione di potenza e i dispositivi elettronici più efficienti.
"Le nostre scoperte forniscono un indizio essenziale sul mistero che collega una forma di grafene, chiamato grafene a doppio strato ritorto, ai superconduttori che potrebbero funzionare a temperatura ambiente, " ha detto l'autore senior Eva Y. Andrei, Professore del Board of Governors presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della School of Arts and Sciences della Rutgers University–New Brunswick.
Il grafene, uno strato atomicamente sottile della grafite usata nelle matite, è una maglia fatta di atomi di carbonio che sembra un nido d'ape. È un ottimo conduttore di elettricità e molto più forte dell'acciaio.
Schema di un motivo moiré in grafene a doppio strato ritorto. Credito:Eva Andrei/Rutgers University-New Brunswick
Il team guidato da Rutgers ha studiato il grafene a doppio strato attorcigliato, creato sovrapponendo due strati di grafene e disallineandoli leggermente. Questo crea un "angolo di torsione" che si traduce in un motivo moiré che cambia rapidamente quando cambia l'angolo di torsione.
Nel 2010, La squadra di Andrei ha scoperto che oltre ad essere carina, i motivi moiré formati con grafene a doppio strato ritorto hanno un effetto drammatico sulle proprietà elettroniche del materiale. Questo perché il motivo moiré rallenta gli elettroni che conducono elettricità nel grafene e si incrociano a grande velocità.
Con un angolo di torsione di circa 1,1 gradi, il cosiddetto angolo magico, questi elettroni si fermano quasi completamente. Gli elettroni pigri iniziano a vedersi e interagiscono con i loro vicini per muoversi di pari passo. Di conseguenza, il materiale acquisisce proprietà sorprendenti come la superconduttività o il magnetismo.
Utilizzando una tecnica inventata dal gruppo di Andrei per studiare il grafene a doppio strato attorcigliato, il team ha scoperto uno stato in cui gli elettroni si organizzano in strisce robuste e difficili da rompere.
"Il nostro team ha trovato una stretta somiglianza tra questa caratteristica e osservazioni simili nei superconduttori ad alta temperatura, fornendo nuove prove del legame profondo alla base di questi sistemi e aprendo la strada per svelare il loro perenne mistero, " ha detto Andrea.
