En años recientes, Los ingenieros electrónicos han estado experimentando con nuevos materiales que podrían utilizarse para estudiar los fenómenos de correlación electrónica. Los materiales de muaré de Van der Waals (vdW) son particularmente prometedores para examinar estos fenómenos. Los materiales VdW están compuestos por capas bidimensionales (2D) fuertemente unidas que están unidas en la tercera dimensión a través de fuerzas de dispersión más débiles.

El término muaré, por otra parte, se refiere a un patrón específico que se produce cuando se coloca un patrón de rayas opacas con espacios en un patrón similar. Los estudios han revelado recientemente estados de aislamiento robustos y correlacionados en factores de llenado tanto enteros como fraccionarios de materiales semiconductores con un patrón muaré.

Investigadores de la Universidad de Cornell y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón han llevado a cabo recientemente un estudio que explora las propiedades termodinámicas de estos sólidos estados correlacionados. Su papel publicado en Nanotecnología de la naturaleza , finalmente demostró que la capacitancia (es decir, la capacidad de un sistema para almacenar carga eléctrica) puede desempeñar un papel clave en el sondeo de estados correlacionados de materiales semiconductores muaré.

Este estudio reciente se basó en parte en un esfuerzo de investigación anterior del mismo equipo, que reveló la presencia de una gran cantidad de cristales de electrones en materiales semiconductores muaré. Uno de los principales objetivos del nuevo estudio del equipo fue comprender mejor estos estados de cristales de electrones mediante la recopilación de medidas termodinámicas.

"Nuestro estudio también se inspira en los cálculos teóricos de nuestro amigo Veit Elser, quién es coautor del artículo, "Kin Fai Mak, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Veit calculó la capacitancia para un capacitor de placas paralelas que tiene la muestra como una placa y una puerta metálica como otra placa".

Típicamente, la capacitancia de un condensador de placas paralelas como el investigado por Elser solo estaría definida por su geometría (por ejemplo, la distancia entre las dos placas). Asombrosamente, sin embargo, Sus cálculos sugirieron que la capacitancia cuando la placa de muestra está en una mezcla de fases de cristales de electrones podría ser infinita.

"Esto podría ser enorme, ya que puede mejorar significativamente la capacidad del dispositivo para almacenar carga, "Dijo Mak.

Para probar esta idea experimentalmente, Mak y sus colegas midieron la capacitancia de un capacitor paralelo que tiene la muestra de interés (es decir, muestra de muaré) como una placa y una fina hoja de metal como segunda placa.

"Las dos placas estaban separadas por una distancia experimentalmente variable, "Mak dijo." La capacitancia está íntimamente conectada a la compresibilidad electrónica (una cantidad termodinámica) de la muestra, que es una medida de cuán compresibles son los electrones cuando están sujetos a un campo eléctrico externo ".

El equipo midió cuidadosamente qué tan compresibles eran los electrones en su muestra cuando se exponen a un campo eléctrico externo en función de la densidad y la temperatura de los electrones. Esto les permitió derivar dos mediciones termodinámicas adicionales (es decir, la entropía electrónica y la capacidad calorífica específica) de los datos existentes, utilizando reglas de relaciones termodinámicas reconocidas y establecidas.

"Uno de los logros más importantes de nuestro estudio fue una mejora significativa de la capacitancia medida en comparación con el valor geométrico, "Dijo Mak." Hasta donde sabemos, esta es probablemente la mejora más grande reportada hasta la fecha. Debido a los trastornos de la muestra, sin embargo, la mejora observada está lejos del infinito como lo predijeron los cálculos originales de Veit. Uno podría imaginar una mayor mejora de la capacitancia con mejores muestras en el futuro ".

Los recientes hallazgos recopilados por este equipo de investigadores podrían tener importantes implicaciones para el desarrollo de dispositivos electrónicos. De hecho, Su trabajo demuestra que la capacitancia de las superredes de semiconductores muaré se puede mejorar significativamente, lo que significa que se podría mejorar el almacenamiento de carga de los dispositivos fabricados con estos materiales.

Además, El equipo reunió valiosas mediciones cuantitativas de las propiedades termodinámicas de los estados de los cristales de electrones en superredes semiconductoras de muaré. En el futuro, estas medidas podrían ayudar a comprender mejor la naturaleza de estos estados exóticos de la materia.

"La medición termodinámica es una habilidad importante en física, ya que ayuda a comprender la naturaleza de muchos estados cuánticos emergentes de la materia, ", Agregó Mak." Hay tantos estados exóticos descubiertos recientemente en materiales de muaré (por ejemplo, superconductividad, aisladores correlacionados, cristales de electrones, efecto Hall anómalo cuántico, etc.). Sin duda, la realización de estudios termodinámicos sobre estos estados ayudará a comprender algunos de los misterios en este campo de investigación. En general, la medición de capacitancia es una herramienta de diagnóstico muy útil para cuestiones cuánticas ".

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