Un estudio reciente de los laboratorios de James Hone (ingeniería mecánica) y Cory Dean (física) demuestra una nueva forma de ajustar las propiedades de los materiales bidimensionales (2-D) simplemente ajustando el ángulo de torsión entre ellos. Los investigadores construyeron dispositivos que consisten en grafeno monocapa encapsulado entre dos cristales de nitruro de boro y, ajustando el ángulo de torsión relativo entre las capas, pudieron crear múltiples patrones de muaré.

Los patrones de muaré son de gran interés para los físicos de la materia condensada y los científicos de materiales que los utilizan para cambiar o generar nuevas propiedades de los materiales electrónicos. Estos patrones se pueden formar alineando nitruro de boro (BN, un aislante) y cristales de grafeno (un semimetal). Cuando estas redes de átomos en forma de panal están cerca de alinearse, crean una superrejilla muaré, un patrón de interferencia a nanoescala que también parece un panal. Esta superrejilla muaré altera el entorno mecánico cuántico de los electrones conductores en el grafeno, y por lo tanto se puede utilizar para programar cambios significativos en las propiedades electrónicas observadas del grafeno.

Hasta la fecha, La mayoría de los estudios sobre los efectos de las superredes de muaré en los sistemas de grafeno-BN han analizado una única interfaz (considerando la superficie superior o inferior del grafeno, pero no ambos). Sin embargo, un estudio publicado por Hone y Dean el año pasado demostró que el control de rotación total sobre una de las dos interfaces era posible dentro de un solo dispositivo.

Al diseñar un dispositivo que tenga una alineación persistente en una interfaz, y alineación sintonizable en el otro, El equipo de Columbia ahora ha podido estudiar los efectos de múltiples potenciales de superrejilla de muaré en una capa de grafeno.

"Decidimos mirar las superficies superior e inferior del grafeno en un solo dispositivo nanomecánico, "dijo Nathan Finney, un doctorado estudiante en el laboratorio de Hone y coautor principal del artículo, publicado en línea el 30 de septiembre por Nanotecnología de la naturaleza y ahora el artículo de portada de la edición impresa de noviembre. "Teníamos el presentimiento de que, al hacerlo, potencialmente podríamos duplicar la resistencia de la superrejilla de muaré utilizando las superredes de muaré coexistentes de las interfaces superior e inferior ".

El equipo descubrió que torcer el ángulo de las capas les permitía controlar tanto la fuerza de la superrejilla muaré como su simetría general. inferido de los cambios significativos en las propiedades electrónicas del grafeno observado.

En ángulos cercanos a la alineación, surgió una estructura de bandas de grafeno muy alterada, observable en la formación de patrones de muaré de longitud de onda larga no superpuestos coexistentes. En perfecta alineación, las brechas electrónicas del grafeno fueron fuertemente mejoradas o suprimidas, dependiendo de si el BN giratorio superior se giró 0 o 60 grados. Estos cambios en los espacios electrónicos correspondieron a los cambios esperados en la simetría para las dos configuraciones de alineación:simetría de inversión rota a 0 grados, y la simetría de inversión restaurada a 60 grados.

"Esta es la primera vez que alguien ha visto la dependencia rotatoria total de superredes de muaré coexistentes en un dispositivo, "Finney señala." Este grado de control sobre la simetría y la fuerza de las superredes de muaré se puede aplicar universalmente al inventario completo de materiales 2-D que tenemos disponibles. Esta tecnología permite el desarrollo de sensores nanoelectromecánicos con aplicaciones en astronomía, medicamento, búsqueda y rescate, y más."

Los investigadores ahora están refinando la capacidad de torcer monocapas de una amplia gama de materiales 2-D para estudiar efectos tan exóticos como la superconductividad, ferromagnetismo inducido topológicamente, y respuesta óptica no lineal en sistemas que carecen de simetría de inversión.