Dalla prima fabbricazione riuscita di una struttura bidimensionale di atomi di carbonio circa 20 anni fa, il grafene ha affascinato gli scienziati. Alcuni anni fa, i ricercatori hanno scoperto che due strati di grafene, leggermente attorcigliati l'uno contro l'altro, possono condurre corrente elettrica senza perdite. Negli ultimi anni, questa scoperta ha spinto gli scienziati a esplorare tali materiali stratificati in modo più dettagliato. Un recente esempio degno di nota è il grafene a tre strati ritorto simmetrico a specchio, in cui tre strati di grafene sono impilati con angoli di torsione alternati. È il primo sistema moiré che può essere sintonizzato in modo efficiente con un campo elettrico perpendicolare ed è stato dimostrato sperimentalmente che mostra una robusta superconduttività, insieme a varie altre fasi. "Questo stabilisce il grafene a tre strati come una piattaforma entusiasmante per la fisica complessa a molti corpi, ma la natura degli isolanti, dei semimetalli e della superconduttività indotti dall'interazione osservata rimane sconosciuta", afferma Mathias Scheurer del Dipartimento di Fisica Teorica dell'Università di Innsbruck.

In un articolo pubblicato su Physical Review X, un team guidato da Scheurer ha studiato numericamente e analiticamente il diagramma di fase di questo sistema per diversi numeri di elettroni per cella unitaria moiré e in funzione del campo elettrico. "Questo è un problema molto impegnativo in quanto il sistema ha bande piatte e altamente dispersive", afferma il fisico teorico. "Tuttavia, siamo riusciti a dimostrare che lo stato fondamentale del sistema in assenza di un campo si disaccoppia in un prodotto dello stato fondamentale del grafene e dello stato fondamentale del grafene a doppio strato contorto", una proprietà che è stata successivamente confermata dagli esperimenti.

I loro risultati stabiliscono ulteriormente il predominio delle fasi isolanti e semimetalliche in presenza di un campo elettrico che sono unici per il sistema a tre strati, cioè non sono realizzati in grafene a doppio strato ritorto. "Siamo in grado di utilizzare il nostro diagramma di fase risultante per gli stati normali correlati per vincolare la forma del superconduttore", afferma Scheurer. "Tra gli altri aspetti, i due stati candidati superconduttori risultanti che otteniamo sono coerenti con l'inaspettata stabilità del superconduttore nel campo magnetico vista nell'esperimento".

La rilevanza dei risultati per la fisica del grafene a tre strati contorto è ulteriormente attestata da una successiva collaborazione con il gruppo di Abhay Pasupathy della Columbia University. In un recente articolo su Scienza , riportano i dati di scansione della microscopia a tunnel (STM) su questo sistema. "Mostriamo che gli spettri di tunneling misurati mostrano effetti di interazione significativi che possono essere catturati qualitativamente dai numeri del nostro lavoro", afferma Mathias Scheurer. + Esplora ulteriormente

Nematicity è un nuovo tassello nel puzzle del diagramma di fase del grafene a doppio doppio strato