I ricercatori dell’IMDEA Nanociencia hanno sviluppato un metodo analitico per spiegare la formazione di un motivo moiré 1D quasi perfetto nel grafene a doppio strato ritorto. Lo schema, che si presenta naturalmente nei materiali 2D impilati quando viene applicata una forza di deformazione, rappresenta un insieme di canali per gli elettroni.
Il dottor Pierre Pantaleón, ricercatore presso il Gruppo di modellazione teorica dell'IMDEA Nanociencia, stava parlando con il leader del gruppo, il professor Paco Guinea, del grafene a doppio strato teso, ovvero due strati di grafene impilati uno sopra l'altro e leggermente allungati da una piccola forza . Pierre, un ricercatore meticoloso con un debole per gli ausili visivi, stava mostrando al gruppo la sua visualizzazione animata del grafene teso quando Paco notò un'anomalia che era sfuggita all'esame accurato di tutti gli altri.
A quanto pare, quando il grafene a doppio strato è sottoposto a tensione, la sua zona di Brillouin (la cella unitaria nello spazio della quantità di moto) si distorce e alla fine collassa in una direzione. Questa distorsione nel punto di collasso ha causato un errore nel programma di visualizzazione di Pierre, suggerendo la presenza di qualche tipo di singolarità.
In fisica, le singolarità, come quella che i ricercatori stavano osservando, richiedono un’attenta considerazione. Potrebbero indicare che qualcosa non va o sta cambiando, o semplicemente necessita di un esame più attento. Il dottor Andreas Sinner, un fisico teorico che attualmente lavora all'Università di Opole sulla Polonia, si è unito al gruppo di ricerca di Paco e ha iniziato a cercare insieme a Pierre l'origine di questa singolarità.
È stata la trasformazione simultanea nello spazio reale ad attirare davvero la loro attenzione:il grafene teso ha dato origine all'emergere di motivi moiré unidimensionali quasi perfetti (canali unidimensionali) all'interno del materiale bidimensionale.
In precedenza, gli scienziati avevano intravisto tali fenomeni attraverso un microscopio e li avevano considerati errori di progettazione come dislocazioni o materiali aderenti. Vedi ad esempio il lavoro di McEuen (Università della Cornell), Mendoza (Università di Rio de Janeiro) o Zhu (Università della Columbia).
Ma dietro quelli che sembravano artefatti si nascondevano effetti mascherati. Il team di ricerca di IMDEA Nanociencia conferma che questo è un evento naturale all'interno dei reticoli esagonali a nido d'ape, come quelli del grafene, che si verifica in particolare quando due strati sono impilati con un leggero angolo di torsione e viene applicata una tensione.
Il contributo più significativo dei ricercatori risiede nella scoperta di soluzioni analitiche per la tensione critica richiesta per generare questi canali unidimensionali. Sorprendentemente, questa soluzione è meravigliosamente semplice e si basa solo su due variabili:l'angolo di torsione e il rapporto di Poisson, una costante specifica del materiale. Questi risultati li hanno portati a creare un'unica formula matematica per descrivere il fenomeno, e questa formula ci fornisce informazioni sulla sua origine fisica.
La fisica descritta nel loro lavoro, ora pubblicato su Physical Review Letters , non è una novità, ma la spiegazione del fenomeno in termini così semplici - un'unica espressione analitica - è elegante e unica.
I risultati aprono la strada alla progettazione di nuovi materiali su superfici in grado di presentare questi canali unidimensionali. All’interno di questi canali, gli elettroni si trovano confinati, in contrasto con il libero movimento che mostrano nel panorama standard del grafene 2D. Anche gli elettroni all'interno di questi canali mostrano una direzione di movimento preferenziale.
Le implicazioni di questa scoperta sono vaste, con potenziali applicazioni che si estendono ad altri materiali, come i dichalcogenuri, che possono essere estesi anche ad altre configurazioni geometriche.
Ulteriori informazioni: Andreas Sinner et al, Canali quasi-1D indotti dalla deformazione in reticoli moiré ritorti, lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.166402
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito da IMDEA Nanociencia
