Credito:Zhang et al.
Quando due strati di grafene o di altri materiali bidimensionali (2D) sono impilati uno sopra l'altro con un piccolo disallineamento angolare, i reticoli cristallini prodotti da ogni strato sono spazialmente "fuori sincronia". Ciò si traduce in un modello strutturale unico noto come superlattice moiré.
Negli ultimi anni, molti fisici hanno studiato le proprietà e le caratteristiche dei superreticoli moiré, poiché si sono rivelati particolarmente promettenti per lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche. La maggior parte di questi studi si è concentrata sul grafene a doppio strato contorto, un materiale composto da due strati di grafene impilati uno sopra l'altro e ruotati di un piccolo angolo di torsione.
I ricercatori dell'Università del Minnesota e dell'Università di Harvard hanno recentemente condotto uno studio per indagare le proprietà del grafene a tre strati contorto, che consiste in tre strati sovrapposti di grafene con due piccoli angoli di torsione consecutivi. Il loro articolo, pubblicato in Physical Review Letters , offrono prove di stati isolanti correlati e la firma di trasporto della superconduttività nel materiale.
"In precedenza è stato dimostrato che il grafene a doppio strato contorto può diventare superconduttore con un angolo di torsione sintonizzato con precisione", ha detto a Phys.org Ke Wang, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "I doppi strati intrecciati sono altamente sintonizzabili in termini di parametri dei materiali ed elettrostatici, il che consente nuove intuizioni per comprendere la fisica degli elettroni correlati e promette nuove potenziali applicazioni di elettronica quantistica".
Aggiungendo un terzo strato di grafene, Wang e i suoi colleghi hanno prodotto una struttura che hanno soprannominato superlattice "moiré of moiré". Hanno quindi esaminato questa struttura e cercato di comprenderne meglio le proprietà e le caratteristiche.
"Il nostro lavoro recente aggiunge un 3 rd strato di grafene per formare un tristrato contorto", ha spiegato Wang. "I due superreticoli dello strato 1-2 e dello strato 2-3 sono di nuovo 'fuori sincronia', dando origine a un superreticolo di ordine superiore, a cui ci riferiamo come 'moiré del superlattice moiré'. Quindi raffreddiamo il sistema a bassa temperatura (10 mK - 20 K) e ne studiamo il comportamento di trasporto elettronico."
Il "moiré del superreticolo moiré" di ordine superiore nel grafene a tre strati contorto sembra mostrare una fisica altamente intricata, sia dal punto di vista strutturale che elettronico. Ad esempio, il materiale mostra la firma di trasporto della superconduttività a una densità elettronica estremamente bassa (~ 10 10 cm -2 ), due ordini di grandezza più piccoli delle densità elettroniche riportate in articoli precedenti.
"I nostri risultati sperimentali gettano anche una nuova importante luce sulla comprensione della superconduttività nel grafene", ha detto Wang. "In precedenza si credeva che gli elettroni dovessero essere isolati energeticamente prima che possano dare origine alla superconduttività nel grafene, ma il nostro esperimento sembra suggerire il contrario."
In futuro, il nuovo materiale studiato da questo team di ricercatori potrebbe rivelarsi estremamente prezioso per la fabbricazione di nuove tecnologie, in particolare l'elettronica quantistica e le piattaforme informatiche. Inoltre, i risultati raccolti da Wang e dai suoi colleghi potrebbero ispirare altri gruppi di ricerca a studiare anche il potenziale del grafene a tre strati contorto o di altri sistemi che potrebbero dare origine a un superreticolo "moiré of moiré".
"Il materiale che abbiamo presentato potrebbe essere un promettente superconduttore atomicamente pulito che può essere sintonizzato elettrostaticamente con un cambiamento di densità del vettore estremamente basso, il che è desiderabile per i futuri dispositivi elettronici quantistici", ha aggiunto Wang. "Per comprendere meglio le sue potenziali applicazioni, abbiamo ora in programma di studiare le proprietà strutturali del grafene a tre strati contorto utilizzando varie tecniche di microscopia e fabbricare nanostrutture definite dal gate per sondare e manipolare nuovi fenomeni quantistici che potrebbero derivare dal sistema". + Esplora ulteriormente
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