Investigadores de IMDEA Nanociencia han desarrollado un método analítico para explicar la formación de un patrón muaré 1D casi perfecto en grafeno bicapa retorcido. El patrón, que ocurre naturalmente en materiales 2D apilados cuando se aplica una fuerza de deformación, representa un conjunto de canales para electrones.
El Dr. Pierre Pantaleón, investigador del Grupo de Modelado Teórico de IMDEA Nanociencia, conversaba con el líder del grupo, el Prof. Paco Guinea, sobre el grafeno bicapa tenso, es decir, dos capas de grafeno apiladas una encima de otra y ligeramente estiradas por una pequeña fuerza. . Pierre, un investigador meticuloso con predilección por las ayudas visuales, estaba mostrando al grupo su visualización animada de grafeno tenso cuando Paco notó una anomalía que había escapado al escrutinio de todos los demás.
Resulta que cuando el grafeno bicapa se somete a tensión, su zona de Brillouin (la celda unitaria en el espacio de impulso) se distorsiona y finalmente colapsa en una dirección. Esta distorsión en el punto de colapso provocó un error en el programa de visualización de Pierre que sugiere la presencia de algún tipo de singularidad.
En física, las singularidades, como la que estaban observando los investigadores, exigen una consideración cuidadosa. Podrían indicar que algo puede estar mal o cambiando, o simplemente necesita un examen más detenido. El Dr. Andreas Sinner, un físico teórico que actualmente trabaja en la Universidad de Opole en Polonia, se unió al grupo de investigación de Paco y comenzó a investigar junto con Pierre el origen de esta singularidad.
Fue la transformación simultánea en el espacio real lo que realmente cautivó su atención:el grafeno tenso dio lugar a la aparición de patrones muaré unidimensionales casi perfectos (canales unidimensionales) dentro del material bidimensional.
Anteriormente, los científicos habían visto fenómenos de este tipo a través del microscopio y los consideraban errores de diseño, como dislocaciones o materiales adheridos. Véase por ejemplo el trabajo de McEuen (Universidad de Cornell), Mendoza (Universidad de Río de Janeiro) o Zhu (Universidad de Columbia).
Pero detrás de lo que parecían ser artefactos había efectos enmascarados. El equipo de investigación de IMDEA Nanociencia confirma que esto es un fenómeno natural dentro de las redes hexagonales en forma de panal, como las del grafeno, que ocurre específicamente cuando se apilan dos capas en un ligero ángulo de torsión y se aplica tensión.
La contribución más significativa de los investigadores radica en el descubrimiento de soluciones analíticas para la tensión crítica necesaria para generar estos canales unidimensionales. Sorprendentemente, esta solución es maravillosamente simple y se basa solo en dos variables:el ángulo de torsión y la relación de Poisson, una constante específica del material. Estos hallazgos les llevan a crear una fórmula matemática única para describir el fenómeno, y esta fórmula nos da información de su origen físico.
La física descrita en su trabajo, ahora publicado en Physical Review Letters , no es nuevo, pero la explicación del fenómeno en términos tan simples (una única expresión analítica) es elegante y única.
Los hallazgos abren la puerta a la ingeniería de materiales novedosos en superficies capaces de presentar estos canales unidimensionales. Dentro de estos canales, los electrones se encuentran confinados, en contraste con el libre movimiento que exhiben en el paisaje estándar de grafeno 2D. Los electrones dentro de estos canales también exhiben una dirección de movimiento preferencial.
Las implicaciones de este descubrimiento son enormes, con aplicaciones potenciales que se extienden a otros materiales, como los dicalcogenuros, que también pueden extenderse a otras configuraciones geométricas.
Más información: Andreas Sinner et al, Canales cuasi-1D inducidos por tensión en celosías de muaré retorcidas, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.166402
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por IMDEA Nanociencia
