Los átomos hacen cosas raras cuando se ven obligados a salir de sus zonas de confort. Los ingenieros de la Universidad de Rice han ideado una nueva forma de darles un empujón.

El teórico de materiales Boris Yakobson y su equipo en la Escuela de Ingeniería George R. Brown de Rice tienen la teoría de que cambiar el contorno de una capa de material 2D, cambiando así las relaciones entre sus átomos, podría ser más simple de lo que se pensaba.

Mientras que otros tuercen bicapas 2D (dos capas apiladas juntas) de grafeno y similares para cambiar su topología, los investigadores de Rice sugieren a través de modelos computacionales que cultivar o estampar materiales 2D de una sola capa en una superficie ondulada cuidadosamente diseñada lograría "un nivel sin precedentes de control" sobre sus propiedades magnéticas y electrónicas.

Dicen que el descubrimiento abre un camino para explorar los efectos de muchos cuerpos, las interacciones entre múltiples partículas microscópicas, incluidos los sistemas cuánticos.

El artículo de Yakobson y dos exalumnos, el coautor principal Sunny Gupta y Henry Yu, de su laboratorio aparece en Nature Communications .

Los investigadores se inspiraron en descubrimientos recientes de que torcer o deformar bicapas de materiales 2D como el grafeno bicapa en "ángulos mágicos" indujo interesantes fenómenos electrónicos y magnéticos, incluida la superconductividad.

Sus modelos muestran que, en lugar de torcer, simplemente estampar o hacer crecer un material 2D como el nitruro de boro hexagonal (hBN) en una superficie irregular, naturalmente, tensa la red del material, lo que le permite formar campos pseudoeléctricos y magnéticos y posiblemente exhibir efectos físicos ricos. similares a los que se encuentran en los materiales retorcidos.

Flat hBN es un aislante, pero los investigadores descubrieron que forzar los átomos en su modelo creaba estructuras de bandas, convirtiéndolo efectivamente en un semiconductor.

La ventaja de su estrategia, dijo Gupta, es que la deformación sería altamente controlable a través de las protuberancias de la superficie, ya que los sustratos podrían modelarse con precisión mediante la litografía por haz de electrones. "Esto también permitirá cambiar de forma controlada los estados electrónicos y los efectos cuánticos mediante el diseño de sustratos con una topografía diferente", dijo.

Debido a que la carga se puede manipular para que fluya en una dirección, el camino que sigue es un modelo para sistemas 1D. Yakobson dijo que se puede usar para explorar las propiedades de los sistemas cuánticos 1D a los que no se puede acceder a través del grafeno torcido.

"Imagine una carretera con un solo carril de modo que los automóviles puedan moverse en una sola dirección", dijo Gupta. "Un automóvil no puede adelantar al que está delante, por lo que el tráfico se moverá solo cuando todos los automóviles se muevan colectivamente.

"Este no es el caso en 2D o cuando tienes múltiples carriles, donde los autos, o los electrones, pueden pasar", dijo. "Al igual que los automóviles, los electrones en un sistema 1D fluirán colectivamente y no individualmente. Esto hace que los sistemas 1D sean especiales con una física rica e inexplorada".

Gupta dijo que sería mucho más fácil formar un sustrato irregular con un haz de electrones de lo que es actualmente torcer bicapas 2D de grafeno u otras heteroestructuras como hBN con menos de un grado de precisión.

"Además, uno puede realizar estados cuánticos 1D, que normalmente no son accesibles mediante la torsión de bicapas 2D", dijo. "Esto permitirá la exploración de los efectos físicos en 1D que han permanecido en gran medida esquivos hasta ahora". + Explora más

Un enfoque más simple para crear materiales cuánticos