Gli elettroni nei materiali hanno una proprietà nota come "spin, " che è responsabile di una varietà di proprietà, il più noto dei quali è il magnetismo. Magneti permanenti, come quelli usati per le porte dei frigoriferi, hanno tutti gli spin dei loro elettroni allineati nella stessa direzione. Gli scienziati si riferiscono a questo comportamento come ferromagnetismo, e il campo di ricerca del tentativo di manipolare lo spin come spintronica.

Giù nel mondo quantistico, gli spin possono organizzarsi in modi più esotici, dando luogo a stati frustrati e magneti aggrovigliati. interessante, una proprietà simile allo spin, conosciuta come "la valle, " appare nei materiali in grafene. Questa caratteristica unica ha dato origine al campo della Valleytronics, che mira a sfruttare la proprietà della valle per la fisica emergente e l'elaborazione delle informazioni, proprio come la spintronica si basa sulla pura fisica degli spin.

"La Valleytronics consentirebbe potenzialmente di codificare le informazioni nel grado di libertà della valle quantistica, simile a come l'elettronica lo fa con la carica e la spintronica con lo spin." Spiega il professor Jose Lado, dal Dipartimento di fisica applicata di Aalto, e uno degli autori dell'opera. "Cosa c'è di più, i dispositivi valleytronic offrirebbero un notevole aumento delle velocità di elaborazione rispetto all'elettronica, e con una stabilità molto più elevata nei confronti del rumore del campo magnetico rispetto ai dispositivi spintronici."

Strutture fatte di ruotato, i materiali ultrasottili forniscono una ricca piattaforma a stato solido per la progettazione di nuovi dispositivi. In particolare, È stato recentemente dimostrato che strati di grafene leggermente attorcigliati hanno proprietà non convenzionali eccitanti, che alla fine può portare a una nuova famiglia di materiali per le tecnologie quantistiche. Questi stati non convenzionali che sono già stati esplorati dipendono dalla carica elettrica o dallo spin. La domanda aperta è se la valle può anche portare a una propria famiglia di stati eccitanti.

Realizzazione di materiali per valleytronics

Per questo obiettivo, si scopre che i ferromagneti convenzionali svolgono un ruolo vitale, spingendo il grafene nei regni della fisica della valle. In un recente lavoro, dottorato di ricerca studente Tobias Wolf, insieme ai Proff. Oded Zilberberg e Gianni Blatter all'ETH di Zurigo, e il Prof. Jose Lado all'Università di Aalto, ha mostrato una nuova direzione per la fisica correlata nei materiali magnetici di van der Waals.

Il team ha dimostrato che l'inserimento di due strati di grafene leggermente ruotati tra un isolante ferromagnetico fornisce un'impostazione unica per nuovi stati elettronici. La combinazione di ferromagneti, ingegneria della torsione del grafene, e gli effetti relativistici costringono la proprietà "valle" a dominare il comportamento degli elettroni nel materiale. In particolare, i ricercatori hanno mostrato come questi stati di sola valle possono essere sintonizzati elettricamente, fornendo una piattaforma di materiali in cui è possibile generare stati di sola valle. Basandosi sulla recente svolta nella spintronica e nei materiali di van der Waals, la fisica della valle nei multistrati magnetici twistati di van der Waals apre le porte al nuovo regno della valletronica intrecciata correlata.

"La dimostrazione di questi stati rappresenta il punto di partenza verso nuovi stati esotici della valle entangled". Ha detto il professor Lado, "In definitiva, l'ingegneria di questi stati di valle può consentire la realizzazione di liquidi di valle entangled quantistici e stati di Hall di valle quantistica frazionari. Questi due stati esotici della materia non sono ancora stati trovati in natura, e aprirebbe possibilità entusiasmanti verso una piattaforma potenzialmente nuova basata sul grafene per il calcolo quantistico topologico".

La carta, "Spirali spontanee di valle in grafene a doppio strato intrecciato magneticamente incapsulato" è pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica .