Los investigadores formulan "reglas de oro" para controlar la alineación de las redes de supermoiré

29 de agosto de 2023

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por la Universidad Nacional de Singapur

Físicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una técnica para controlar con precisión la alineación de redes de supermoiré mediante el uso de un conjunto de reglas de oro, allanando el camino para el avance de la materia cuántica de muaré de próxima generación.

Los patrones muaré se forman cuando dos estructuras periódicas idénticas se superponen con un ángulo de torsión relativo entre ellas o dos estructuras periódicas diferentes pero se superponen con o sin ángulo de torsión. El ángulo de torsión es el ángulo entre las orientaciones cristalográficas de las dos estructuras. Por ejemplo, cuando el grafeno y el nitruro de boro hexagonal (hBN), que son materiales en capas, se superponen entre sí, los átomos de las dos estructuras no se alinean perfectamente, creando un patrón de franjas de interferencia, llamado patrón muaré.

Esto da como resultado una reconstrucción electrónica. El patrón muaré en grafeno y hBN se ha utilizado para crear nuevas estructuras con propiedades exóticas, como corrientes topológicas y estados de mariposa de Hofstadter. Cuando se apilan dos patrones muaré, se crea una nueva estructura llamada red de supermoiré (ver figura arriba). En comparación con los materiales tradicionales de muaré único, esta red de supermoiré amplía la gama de propiedades de materiales ajustables, lo que permite un uso potencial en una variedad mucho mayor de aplicaciones.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Ariando del Departamento de Física de NUS, desarrolló una técnica y logró con éxito la alineación controlada de la red supermoiré hBN/grafeno/hBN. Esta técnica permite la disposición precisa de dos patrones muaré, uno encima del otro. Mientras tanto, los investigadores también formularon la "Regla de Oro de los Tres" para guiar el uso de su técnica para crear celosías de supermoiré. Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Communications.

Hay tres desafíos principales en la creación de una red de supermoiré de grafeno. En primer lugar, la alineación óptica tradicional depende en gran medida de los bordes rectos del grafeno, pero encontrar una escama de grafeno adecuada requiere mucho tiempo y trabajo; En segundo lugar, incluso si se utiliza la muestra de grafeno de bordes rectos, existe una baja probabilidad de 1/8 de obtener una red supermoiré doblemente alineada, debido a la incertidumbre de la quiralidad de sus bordes y la simetría de la red. En tercer lugar, aunque se pueden identificar la quiralidad de los bordes y la simetría de la red, los errores de alineación a menudo son grandes (más de 0,5 grados), ya que es un desafío físico alinear dos materiales de red diferentes.

El Dr. Junxiong Hu, autor principal del artículo de investigación, dijo: "Nuestra técnica ayuda a resolver un problema de la vida real. Muchos investigadores me han dicho que normalmente tardan casi una semana en hacer una muestra. Con nuestra técnica, pueden No sólo acorta en gran medida el tiempo de fabricación, sino que también mejora en gran medida la precisión de la muestra".

Los investigadores utilizan una técnica de rotación de 30 grados al inicio para controlar la alineación de las capas superiores de hBN y grafeno. Luego utilizan una técnica de inversión para controlar la alineación de las capas superior e inferior de hBN. Con base en estos dos métodos, pueden controlar la simetría de la red y ajustar la estructura de bandas de la red de supermoiré de grafeno. También han demostrado que el borde de grafito vecino puede actuar como guía para la alineación del apilado. En este estudio, han fabricado 20 muestras de muaré con una precisión superior a 0,2 grados.

El profesor Ariando dijo: "Hemos establecido tres reglas de oro para nuestra técnica que pueden ayudar a muchos investigadores en la comunidad de materiales bidimensionales. Muchos científicos que trabajan en otros sistemas fuertemente correlacionados como el grafeno bicapa con torsión de ángulo mágico o el grafeno multicapa apilado ABC están "También se espera que se beneficie de nuestro trabajo. A través de esta mejora técnica, espero que acelere el desarrollo de la próxima generación de materia cuántica muaré".

Actualmente, el equipo de investigación está utilizando esta técnica para fabricar la red de supermoiré de grafeno de una sola capa y explorar las propiedades únicas de este sistema material. Además, también están extendiendo la técnica actual a otros sistemas materiales, para descubrir otros fenómenos cuánticos novedosos.

Más información: Junxiong Hu et al, Alineación controlada de una red de supermoiré en heteroestructuras de grafeno de doble alineación, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39893-5

Información de la revista:Comunicaciones de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur.