I recenti progressi nello sviluppo di dispositivi realizzati con materiali 2D stanno aprendo la strada a nuove capacità tecnologiche, soprattutto nel campo della tecnologia quantistica. Finora, tuttavia, sono state condotte poche ricerche sulle perdite di energia in sistemi fortemente interagenti.
Con questo in mente, il team guidato dal professor Ernst Meyer del Dipartimento di fisica dell'Università di Basilea ha utilizzato un microscopio a forza atomica in modalità pendolo per studiare più in dettaglio un dispositivo al grafene. Per questo, i ricercatori hanno utilizzato un grafene a due strati, fabbricato dai colleghi della LMU di Monaco, in cui i due strati erano ruotati di 1,08°.
Quando impilati e attorcigliati l'uno rispetto all'altro, i due strati di grafene producono sovrastrutture "moiré" e il materiale acquisisce nuove proprietà. Ad esempio, quando i due strati vengono ruotati del cosiddetto angolo magico di 1,08°, il grafene diventa un superconduttore a temperature molto basse, conducendo elettricità quasi senza alcuna dissipazione di energia.
Utilizzando misurazioni al microscopio a forza atomica (AFM), la dottoressa Alexina Ollier è stata ora in grado di dimostrare che l’angolo di torsione degli strati di grafene atomico era uniforme su tutto lo strato, a circa 1,06°. È stata anche in grado di misurare come le proprietà di conduzione della corrente dello strato di grafene possono essere modificate e regolate in funzione della carica applicata al dispositivo.
A seconda della "carica" delle singole celle di grafene con gli elettroni, il materiale si comportava come un isolante o un semiconduttore. La temperatura relativamente elevata di 5 Kelvin (-268,15°C) durante le misurazioni ha fatto sì che i ricercatori non abbiano raggiunto la superconduttività nel grafene, poiché questo fenomeno – conduzione di corrente senza dissipazione di energia – si verifica solo a una temperatura molto più bassa di 1,7 Kelvin.
"Siamo stati in grado, tuttavia, non solo di modificare e misurare le proprietà di conduzione di corrente del dispositivo", spiega Ollier, primo autore dello studio ora pubblicato su Communications Physics , "ma anche per conferire proprietà magnetiche al grafene, che, ovviamente, consiste solo di atomi di carbonio."
"È un risultato essere in grado di visualizzare minuscoli fiocchi di grafene nei componenti elettrici, modificare le loro proprietà elettriche e magnetiche e misurarli con precisione", afferma Meyer riguardo al lavoro, che faceva parte di una tesi di dottorato presso l'SNI Ph. D. Scuola. "In futuro questo metodo ci aiuterà anche a determinare la perdita di energia di vari componenti bidimensionali in caso di forti interazioni."
Ulteriori informazioni: Alexina Ollier et al, Dissipazione di energia sul grafene a doppio strato ritorto con angolo magico, Fisica delle comunicazioni (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01441-4
Informazioni sul giornale: Fisica delle comunicazioni
Fornito dall'Università di Basilea
