Crean por primera vez patrones moiré cuadrados en grafeno que abren una vía al diseño de materiales cuánticos a medida

Patrones moiré cuadrados inducidos por deformación en grafeno apilado

- UAM IMDEA NANOCIENCIA

MADRID 7 Jul. (EUROPA PRESS) -

Un equipo del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del IMDEA Nanociencia ha logrado crear por primera vez, de forma controlada y reversible, patrones moiré cuadrados en grafeno apilado mediante la combinación de giro entre capas y deformación mecánica.

El avance, publicado en la revista 'Physical Review Letters', abre una nueva vía para el diseño de materiales cuánticos a medida y la exploración de propiedades electrónicas inéditas en sistemas bidimensionales, recoge el centro universitario en un comunicado.

Cuando dos láminas de grafeno se apilan con un ligero ángulo de giro, aparece un patrón de interferencia a gran escala conocido como moiré, que modifica de forma significativa las propiedades electrónicas del material. Hasta ahora, estos patrones se limitaban a geometrías triangulares, impuestas por la estructura hexagonal del grafeno.

El equipo liderado por los investigadores Iván Brihuega y Pierre A. Pantaleón ha conseguido superar esta limitación mediante la combinación del giro entre capas con una deformación mecánica controlada, una estrategia que denominan "twistraintrónica".

Para ello, los científicos utilizaron grafeno obtenido por descomposición térmica de carburo de silicio, un método que genera pequeñas arrugas debido a diferencias de expansión térmica. Estas arrugas fueron empleadas como palancas para inducir deformaciones mediante la punta de un microscopio de efecto túnel (STM), que permitió desplazarlas lateralmente más de 100 nanómetros.

Como resultado, el patrón moiré triangular se transformó de manera reversible en un patrón cuadrado en las zonas adyacentes. Al retirar la deformación, el sistema recuperaba su configuración original, lo que demuestra el carácter controlable del proceso.

Las medidas espectroscópicas revelaron además que, en estas regiones cuadradas, los electrones se concentran en bandas de energía muy estrechas situadas en el nivel de Fermi, junto con la aparición de singularidades de Van Hove, asociadas a una alta densidad de estados electrónicos y a fuertes interacciones entre electrones.

"Esta es la primera vez que se observa experimentalmente que la combinación de giro y tensión permite acceder a regímenes electrónicos fuertemente correlacionados en geometrías que antes eran completamente inaccesibles", ha señalado Brihuega.

El modelo teórico desarrollado por el equipo del IMDEA Nanociencia, liderado por Francisco Guinea, reproduce los resultados experimentales y atribuye la aparición del patrón cuadrado a una combinación específica de giro y deformación de cizalla que minimiza la energía elástica del sistema.

Los investigadores destacan que este enfoque podría extenderse a otros materiales bidimensionales, como el disulfuro de molibdeno o el nitruro de boro hexagonal, ampliando las posibilidades de la llamada twistraintrónica como plataforma para el diseño de nuevos materiales cuánticos.

Asimismo, la posibilidad de inducir y revertir estos cambios en una misma muestra permite estudiar en tiempo real la respuesta del sistema sin necesidad de fabricar nuevos dispositivos.

Los autores subrayan que las condiciones electrónicas observadas -alta densidad de estados en el nivel de Fermi, fuerte interacción entre electrones y localización electrónica- son similares a las del grafeno de ángulo mágico, donde se ha observado superconductividad no convencional, lo que abre la puerta a nuevas formas de este fenómeno en geometrías distintas.