Un substrato accuratamente sagomato può creare modelli di deformazione in materiali bidimensionali che influenzano le loro proprietà elettroniche e magnetiche, secondo uno studio teorico presso la Rice University. Questi modelli potrebbero essere utilizzati per esplorare gli effetti quantistici. Credito:Yakobson Research Group
Gli atomi fanno cose strane quando sono costretti a uscire dalle loro zone di comfort. Gli ingegneri della Rice University hanno escogitato un nuovo modo per dare loro una spintarella.
Il teorico dei materiali Boris Yakobson e il suo team della George R. Brown School of Engineering della Rice hanno una teoria secondo cui modificare il contorno di uno strato di materiale 2D, modificando così le relazioni tra i suoi atomi, potrebbe essere più semplice di quanto si pensasse in precedenza.
Mentre altri torcono i doppi strati 2D - due strati impilati insieme - di grafene e simili per cambiarne la topologia, i ricercatori della Rice suggeriscono attraverso modelli computazionali che la coltivazione o la stampa di materiali 2D a strato singolo su una superficie ondulata accuratamente progettata raggiungerebbe "un livello senza precedenti di controllo" sulle loro proprietà magnetiche ed elettroniche.
Dicono che la scoperta apra un percorso per esplorare gli effetti di molti corpi, le interazioni tra più particelle microscopiche, inclusi i sistemi quantistici.
L'articolo di Yakobson e di due ex studenti, co-autore principale Sunny Gupta e Henry Yu, del suo laboratorio appare in Nature Communications .
I ricercatori sono stati ispirati da recenti scoperte secondo cui la torsione o la deformazione in altro modo dei doppi strati di materiali 2D come il grafene a doppio strato in "angoli magici" ha indotto interessanti fenomeni elettronici e magnetici, inclusa la superconduttività.
I loro modelli mostrano che invece di torcere, semplicemente timbrare o far crescere un materiale 2D come il nitruro di boro esagonale (hBN) su una superficie irregolare, sollecita naturalmente il reticolo del materiale, consentendogli di formare campi pseudo-elettrici e pseudo-magnetici e possibilmente esibire ricchi effetti fisici simili a quelli che si trovano nei materiali contorti.
Una teoria dei ricercatori della Rice suggerisce che materiali 2D come il nitruro di boro esagonale, nella parte superiore, potrebbero essere posizionati su una superficie sagomata, al centro, e quindi essere manipolati per formare bande 1D che assumono proprietà elettroniche o magnetiche. Credito:Yakobson Research Group
L'hBN piatto è un isolante, ma i ricercatori hanno scoperto che la tensione degli atomi nel loro modello creava strutture a bande, rendendolo effettivamente un semiconduttore.
Il vantaggio della loro strategia, ha detto Gupta, è che la deformazione sarebbe altamente controllabile attraverso i dossi superficiali, poiché i substrati potrebbero essere modellati accuratamente utilizzando la litografia a fascio di elettroni. "Ciò consentirà anche di modificare in modo controllabile gli stati elettronici e gli effetti quantistici progettando substrati con topografia diversa", ha affermato.
Poiché la carica può essere manipolata per fluire in una direzione, il percorso che segue è un modello per i sistemi 1D. Yakobson ha affermato che può essere utilizzato per esplorare le proprietà dei sistemi quantistici 1D a cui non è possibile accedere tramite il grafene contorto.
"Immagina una strada con una sola corsia in modo tale che le auto possano muoversi in una sola direzione", ha detto Gupta. "Un'auto non può sorpassare quella che precede, quindi il traffico si muoverà solo quando tutte le auto si muoveranno insieme.
"Questo non è il caso in 2D o quando hai più corsie, dove le auto o gli elettroni possono passare", ha detto. "Come le automobili, gli elettroni in un sistema 1D fluiranno collettivamente e non individualmente. Questo rende i sistemi 1D speciali con una fisica ricca e inesplorata."
Gupta ha affermato che sarebbe molto più facile formare un substrato irregolare con un raggio di elettroni di quanto non lo sia attualmente per torcere i doppi strati 2D di grafene o altre eterostrutture come l'hBN con meno di un singolo grado di precisione.
"Inoltre, si possono realizzare stati quantistici 1D, che in genere non sono accessibili ruotando i doppi strati 2D", ha affermato. "Ciò consentirà l'esplorazione degli effetti fisici in 1D che sono rimasti in gran parte elusivi fino ad ora". + Esplora ulteriormente
