El grafeno bicapa torcido de ángulo mágico es un material hecho de dos hojas de grafeno colocadas una encima de la otra, con una hoja torcida exactamente 1,05 grados con respecto a la otra. Se ha descubierto que este material es una plataforma muy prometedora para estudiar diferentes fases de la materia, ya que combina fases metálicas, superconductoras, magnéticas y aislantes en un solo cristal.

Se sabe que el grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico admite bandas de energía planas con propiedades topológicas a las que se puede acceder en condiciones específicas. Estudios recientes han encontrado que las interacciones fuertes pueden aislar estas bandas topológicas, lo que permite que el sistema admita los llamados estados fundamentales del aislador de Chern. En los estados fundamentales del aislador de Chern, la mayor parte del material es aislante, pero los electrones pueden propagarse a lo largo de los bordes sin disipar el calor.

Investigadores de la Universidad de Harvard, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón han llevado a cabo recientemente un estudio destinado a investigar los estados fundamentales del aislador de Chern en grafeno bicapa retorcido. Su artículo, publicado en Nature Physics , proporciona evidencia de la existencia de una secuencia de estados incompresibles con números de Chern impredecibles en este fascinante material.

"Si bien los aisladores de Chern informados hasta la fecha siguen una secuencia simple correspondiente a la ruptura de la simetría del valle de espín, nuestro artículo informa sobre numerosos aisladores de Chern nuevos en los que las interacciones electrón-electrón rompen la simetría de traducción de la red", Andrew Pierce, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, le dijo a Phys.org .

Pierce y sus colegas recopilaron una serie de mediciones usando un microscopio de transistor de un solo electrón de barrido. Este instrumento puede ser un detector local extremadamente sensible de carga eléctrica.

"Aprovechamos la resolución espacial de nuestro microscopio para identificar las regiones más prístinas y libres de desorden del dispositivo, donde observamos firmas de frágiles estados de aislamiento topológico que no son visibles en las mediciones de resistividad", dijo Yonglong Xie, coautor de el estudio.

En sus experimentos, Pierce y sus colegas revelaron una secuencia de estados incompresibles con números inesperados de Chern observados hasta el campo magnético cero. Además, encontraron que los números de Chern para ocho de estos estados no pueden ser capturados por teorías en las que las bandas en el grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico se llenan secuencialmente. Los investigadores demostraron que la aparición de estas fases inusuales podría ser consecuencia de una simetría de traducción rota.

"La constatación de que los estados rotos de simetría traslacional inusuales están presentes en el grafeno de ángulo mágico amplía el repertorio de comportamientos correlacionados y topológicos en este sistema", dijo Pablo Jarillo-Herrero, profesor de física Cecil e Ida Green en el MIT. "De hecho, tales estados rotos de simetría traslacional son omnipresentes en los materiales cuánticos, pero se pueden investigar con mucho más detalle en el grafeno de ángulo mágico, lo que podría conducir a una comprensión fundamental más profunda de su origen, con lecciones que pueden ser ampliamente aplicables a otros materiales relacionados".

En el futuro, los hallazgos recopilados por este equipo de investigadores podrían tener implicaciones importantes para el estudio de los estados del aislador de Chern en el grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico, así como la ruptura de la simetría en otros materiales, como la alta T _c superconductores En general, este estudio amplía significativamente el diagrama de fase conocido del grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico y arroja luz sobre el posible origen de la estrecha competencia entre las diferentes fases correlacionadas dentro de él.