El material 2D podría allanar el camino para mejores investigaciones cuánticas

El material 2D podría allanar el camino para mejores investigaciones cuánticas


Boris Yakobson, un teórico de materiales de la Escuela de Ingeniería George R. Brown de Rice, y sus colegas creen que cambiar el contorno de una capa de material 2D y, por lo tanto, las interacciones entre sus átomos, puede ser más fácil de lo que se pensaba.

Una nueva investigación sobre materia 2D podría allanar el camino para mejores investigaciones cuánticas
Según un estudio teórico de la Universidad de Rice, un sustrato cuidadosamente contorneado puede crear patrones de tensión en materiales bidimensionales que afectan sus propiedades electrónicas y magnéticas. Estos patrones podrían usarse para estudiar los efectos cuánticos. Crédito de la foto: Grupo de Investigación Yakobson.

Mientras que otras bicapas 2D (dos capas apiladas una encima de la otra) de grafeno y otros materiales se retuercen para cambiar su topología, los investigadores de Rice afirman que expandir o perforar materiales 2D de una sola capa en una superficie ondulada sofisticada les da un «control sin precedentes». sus propiedades magnéticas y electrónicas.

El estudio, afirman los investigadores, allana el camino para futuras investigaciones sobre fenómenos de muchos cuerpos, o interacciones entre múltiples partículas microscópicas, como B. sistemas cuánticos.

Yakobson, junto con dos estudiantes graduados de su laboratorio, Sunny Gupta y Henry Yu, coautores principales, publicaron un artículo en comunicación de la naturaleza.

Los investigadores se inspiraron en descubrimientos recientes que sugerían que torcer o deformar bicapas de material 2D, como el grafeno bicapa, en «ángulos mágicos» producía interesantes fenómenos electrónicos y magnéticos, incluida la superconductividad.

En lugar de torcer, los investigadores descubrieron que estampar o hacer crecer un material 2D como el nitruro de boro hexagonal (hBN) en una superficie irregular estira naturalmente la red del material, lo que hace que forme campos pseudoeléctricos y pseudomagnéticos y potencialmente muestre efectos físicos ricos que pueden parecerse a materiales retorcidos. según sus modelos.

Los científicos encontraron que la tensión en los átomos en su modelo formó estructuras de bandas, convirtiendo efectivamente a hBN en un semiconductor.

Según Gupta, la ventaja de su técnica es que la deformación causada por las protuberancias de la superficie sería bien controlable, ya que los sustratos podrían moldearse 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 diferentes topografías..

Sunny Gupta, coautor principal del estudio, Universidad Rice

El camino que toma la carga es un modelo para los sistemas 1D porque se puede regular para que fluya en una dirección. Según Yakobson, esto se puede utilizar para estudiar las propiedades de los sistemas cuánticos 1D a los que no se puede acceder a través del grafeno retorcido.

Imagine una carretera de un solo carril donde los automóviles solo pueden circular en una dirección. Un automóvil no puede adelantar al que está delante, por lo que el tráfico solo se mueve cuando todos los automóviles conducen juntos..

Sunny Gupta, coautor principal del estudio, Universidad Rice

«Este no es el caso en 2D o con múltiples carriles para que los autos, o electrones, pasen«, agregó.»Al igual que los automóviles, los electrones en un sistema 1D fluyen colectivamente, no individualmente. Esto hace que los sistemas 1D con física rica e inexplorada sean especiales.”

Según Gupta, formar un sustrato rugoso con un haz de electrones sería mucho más fácil que torcer bicapas 2D de grafeno u otras heteroestructuras como hBN con menos de un solo grado de precisión, como es el caso ahora.

Además, se pueden realizar estados cuánticos 1D que normalmente no son accesibles mediante la torsión de bicapas 2D. Esto permite la exploración de efectos físicos en 1D que antes eran en gran parte difíciles de alcanzar..

Sunny Gupta, coautor principal del estudio, Universidad Rice

Yakobson es profesor de ingeniería Karl F. Hasselmann y profesor de ciencia de materiales y nanotecnología y química.

La Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. (W911NF-16-1-0255) y la Oficina de Investigación Naval (N00014-18-1-2182) financiaron el estudio. La instalación XSEDE de la Fundación Nacional de Ciencias proporcionó recursos computacionales.

Referencia de la revista:

Gupta, S. y otros. (2022) Diseño de estados electrónicos 1D correlacionados mediante topografía no euclidiana de monocapas 2D. comunicación de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-022-30818-2.

Fuente: https://www.rice.edu/

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