Los baches en materiales 2D podrían facilitar las investigaciones cuánticas

(Noticias de Nanowerk) Los átomos hacen cosas extrañas cuando se ven obligados a salir de su zona 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 de la Escuela de Ingeniería George R. Brown de Rice tienen la teoría de que cambiar el contorno de una capa de material 2D y, por lo tanto, cambiar las relaciones entre sus átomos, puede ser más fácil de lograr de lo que se pensaba anteriormente. 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. (Imagen: Grupo de Investigación Yakobson)

Mientras que otras bicapas 2D (dos capas apiladas una encima de la otra) de grafeno y similares se retuercen para cambiar su topología, los investigadores de Rice, a través del modelado por computadora, sugieren que cultivar o estampar materiales 2D de una sola capa en un diseño ondulado cuidadosamente diseñado superficie «crea un lograr un «nivel de control» sin precedentes sobre sus propiedades magnéticas y electrónicas.

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

El artículo de Yakobson y dos ex alumnos, los coautores Sunny Gupta y Henry Yu, de su laboratorio aparece en comunicación de la naturaleza («Diseño de estados electrónicos 1D correlacionados mediante topografía no euclidiana de monocapas 2D»).

Los investigadores se inspiraron en los descubrimientos recientes de que torcer o deformar materiales bicapa bidimensionales, como el grafeno bicapa, en «ángulos mágicos» dio lugar a interesantes fenómenos electrónicos y magnéticos, incluida la superconductividad. Una teoría presentada por los investigadores de Rice sugiere que los materiales 2D como el nitruro de boro hexagonal (arriba) podrían colocarse en una superficie contorneada (centro) y manipularse para formar cintas 1D que adquieran propiedades electrónicas o magnéticas. (Imagen: Grupo de Investigación Yakobson)

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

Flat hBN es un aislante, pero los investigadores descubrieron que tensar 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 de las protuberancias de la superficie sería bien controlable, ya que los sustratos podrían modelarse con precisión mediante la litografía por haz de electrones. «Esto también hará posible cambiar de forma controlada los estados electrónicos y los efectos cuánticos mediante el diseño de sustratos con diferentes topografías», 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 esto se puede usar para estudiar las propiedades de los sistemas cuánticos 1D a los que no se puede acceder a través del grafeno retorcido.

«Imagínese una calle de un solo carril donde los automóviles solo pueden viajar en una dirección», dijo Gupta. “Un automóvil no puede adelantar al que está delante, por lo que el tráfico solo se mueve cuando todos los automóviles conducen juntos.

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

Gupta dijo que sería mucho más fácil formar un sustrato desigual con un haz de electrones de lo que es actualmente torcer bicapas bidimensionales 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 girando bicapas 2D», dijo. «Esto permite la exploración de efectos físicos en 1D que antes eran en gran medida esquivos».