I ricercatori dell'Università di Anversa riferiscono come le modulazioni periodiche di ordine superiore chiamate supermoiré causate dall'incapsulamento del grafene tra nitruro di boro esagonale influenzino le proprietà elettroniche e strutturali del grafene, come rivelato in tre recenti esperimenti indipendenti.

I campioni di grafene di alta qualità sono di grande importanza per ottenere e sfruttare le sue proprietà teoricamente descritte. L'uso di un substrato adeguato riduce l'ondulazione e migliora le proprietà del grafene, altrimenti limitate al disordine. Il nitruro di boro esagonale (hBN) è una scelta particolarmente buona, poiché preserva perfettamente la struttura del grafene fornendo una superficie isolante piana.

Ancora, questo vale solo se i due monostrati sono disallineati. Altrimenti, l'interazione di van der Waals induce un rilassamento strutturale sulla scala del pattern moiré formato tra i due strati e modifica le proprietà elettroniche a causa della periodica perturbazione moiré. Argomenti simili si applicano se il grafene è incapsulato e strettamente allineato a due strati di hBN. In questo caso, l'effetto è migliorato poiché ci si aspetta che entrambi i livelli contribuiscano. Per di più, uno stretto allineamento dell'ordine di 0,5 gradi tra gli strati è responsabile della comparsa di una nuova forma di modulazione periodica supermoiré, che altera il grafene su una scala spaziale più ampia ma su una scala energetica più piccola. Recenti osservazioni sperimentali di tali effetti sono una conseguenza di significativi miglioramenti nelle tecniche di manipolazione sperimentale, e tra gli altri, la possibilità di ruotare i singoli strati con elevata precisione (Wang et al. 2019a; Wang et al. 2019b; Finney et al. 2019).

Nel loro articolo pubblicato il 21 gennaio in Nano lettere , Anđelković et al. rivelare in quali condizioni si manifesta l'effetto supermoiré, e come altera le proprietà strutturali ed elettroniche del grafene. Loro mostrano, partendo da una rigida eterostruttura hBN/grafene/hBN, come appare il supermoiré come semplice considerazione geometrica. Per di più, essi dimostrano che ci si aspetta che gli effetti di rilassamento nei tre strati migliorino gli effetti sulla struttura della banda elettronica. Le modificazioni indotte dal supermoiré sono significative:Nuovo, bassa energia, compaiono sottobande piatte e punti di Dirac, con un forte effetto sulle proprietà di trasporto elettronico. Nella maggior parte delle configurazioni, le punte di Dirac sono divaricate, mentre ci si aspetta che le bande piatte migliorino le correlazioni elettrone-elettrone. "Questi nuovi gradi di libertà nelle eterostrutture stanno aprendo nuove direzioni di ricerca fondamentali nel grafene, dove ci si aspetta che forti correlazioni elettroniche integrino le già superlative proprietà del grafene, '' ha detto il dottor Lucian Covaci.

"Il set di simulazioni numeriche multiscala sviluppato dal team dell'Università di Anversa consente modelli più realistici, che consentirà a sua volta un confronto più diretto con le osservazioni sperimentali, '' ha detto la dottoressa Miša Anđelković, un co-sviluppatore di Pybinding, il software open source vincolante che ha reso possibili le simulazioni.

Con una nuova luce gettata sulla comprensione del comportamento più complesso e interferente delle eterostrutture di van der Waals è possibile mettere a punto le proprietà elettroniche del grafene e raggiungere regimi in cui fenomeni indotti da twist, come bande piatte o la comparsa di mini spazi vuoti, rivelarsi più chiaramente.