Las «reglas de oro» para construir masas atómicas

Los físicos han desarrollado una técnica para alinear con precisión redes superonduladas, revolucionando la posibilidad de la próxima generación de materia cuántica ondulada.

Físicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una técnica para controlar con precisión la alineación de redes súper ondulantes utilizando un conjunto de reglas de oro, allanando el camino para que avance la próxima generación de materia cuántica ondulada.

Celosías supermoiré

Los patrones muaré se forman cuando se superponen dos estructuras periódicas idénticas con un ángulo de torsión relativo entre ellas o dos estructuras periódicas diferentes pero superpuestas con o sin un ángulo de torsión. El ángulo de torsión es el ángulo entre las orientaciones cristalinas de las dos estructuras. Por ejemplo, cuando Grafeno El nitruro de boro hexagonal (hBN) son materiales con capas superpuestas una encima de la otra, y los átomos de las dos estructuras no están perfectamente alineados, lo que crea un patrón de franjas de interferencia, llamado patrón muaré. Esto conduce a la reconstrucción electrónica.

El patrón muaré en grafeno y hBN se ha utilizado para crear nuevas estructuras con propiedades exóticas, como corrientes topológicas y estados de mariposa de Hofstadter. Cuando se apilan dos patrones muaré, se crea una nueva estructura llamada red muaré. En comparación con los materiales tradicionales de onda única, esta red ultraonda amplía la gama de propiedades de materiales sintonizables, lo que permite su uso potencial en una gama mucho más amplia de aplicaciones.

Logros del Departamento de Física de la Universidad NUS

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Arriando del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Singapur desarrolló una técnica y logró con éxito la alineación controlada del supermoiré hBN/grafeno/hBN. Esta técnica permite la disposición precisa de dos patrones muaré, uno encima del otro. Mientras tanto, los investigadores también formularon la «Regla de Oro de los Tres» para guiar el uso de su tecnología para crear redes súper onduladas.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Ilustración artística de la red supermoffered con ángulos retorcidos (θt y θb) formados entre el grafeno, la capa superior de nitruro de boro hexagonal (T-hBN) y la capa inferior de nitruro de boro hexagonal (B-hBN). Una ligera desalineación conduce a la formación de un patrón reticular supermoppy. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza

Desafíos y soluciones

Hay tres desafíos principales en la creación de una red de grafeno ultra-moppy. En primer lugar, la alineación óptica convencional depende en gran medida de los bordes rectos del grafeno, pero encontrar una oblea de grafeno adecuada requiere mucho tiempo y trabajo; En segundo lugar, incluso si se utiliza la muestra de grafeno de bordes rectos, existe una baja probabilidad de 1/8 de obtener una red muaré de doble alineación, debido a las incertidumbres sobre la asimetría de los bordes y la simetría de la red. En tercer lugar, aunque se puede determinar la simetría de los bordes y la simetría de la red, los errores de alineación suelen ser grandes (superiores a 0,5°), ya que es físicamente difícil alinear dos materiales de red diferentes.

El Dr. Junxiong Ho, autor principal del artículo de investigación, afirmó: “Nuestra tecnología ayuda a resolver un problema de la vida real. Varios investigadores me dijeron que normalmente se necesita alrededor de una semana para procesar la muestra. Con nuestra tecnología, no sólo pueden acortar en gran medida el tiempo de fabricación, sino también mejorar en gran medida el rendimiento. Exactitud de la muestra.»

visiones artísticas

Inicialmente, los científicos utilizan la «técnica de rotación de 30 grados» para controlar la alineación de las capas superiores de hBN y el grafeno. Luego utilizan una «técnica de inversión» para controlar la alineación de las capas superiores de hBN y las capas inferiores de hBN. Con base en estos dos métodos, pueden controlar la simetría de la red y ajustar la estructura de bandas de la red de súper longitud de onda del grafeno. También demostraron que el borde de grafito adyacente puede servir como guía para la alineación del apilado. En este estudio, sintetizaron 20 muestras de muaré con una precisión superior a 0,2°.

El profesor Arriando dijo: “Hemos establecido tres reglas de oro para nuestra tecnología que pueden ayudar a muchos investigadores de la comunidad de materiales bidimensionales. También se espera que nuestro trabajo beneficie a muchos científicos que trabajan en otros sistemas fuertemente correlacionados, como el grafeno bicapa retorcido en ángulo mágico o el grafeno multicapa apilado ABC. A través de esta mejora técnica, espero que acelere el desarrollo de la próxima generación de materia ondulatoria cuántica.

proyectos futuros

Actualmente, el equipo de investigación está aprovechando esta tecnología para fabricar una red de grafeno de longitud de onda ultra de una sola capa y explorar las propiedades únicas de este sistema material. Además, también están extendiendo la tecnología existente a otros sistemas físicos, para descubrir otros nuevos fenómenos cuánticos.

Referencia: “Alineación controlada de la red de superfluidos en heteroestructuras de grafeno de doble alineación” por Junxiong Hu, Junyou Tan, M. M. Al-Ezzi, Udvas Chattopadhyay, Jian Gou, Yuntian Zheng, Zihao Wang, Jiayu Chen, Reshmi Thottathil, Jiangbo Luo, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Andrew Thai Shen Wei, Shafik Adam y A. Arriando, 12 de julio de 2023, Disponible Aquí. Comunicaciones de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41467-023-39893-5