p Um grupo de pesquisadores internacionais da Universidade de Manchester revelou um novo método que pode ajustar o ângulo - "torção" - entre camadas de átomos finos que formam nanodispositivos exóticos feitos pelo homem chamados de heteroestruturas de van der Waals - e ajudar a acelerar a próxima geração de eletrônicos . p A nova técnica pode alcançar rotação dinâmica in situ e manipulação de materiais 2-D em camadas um sobre o outro para formar heteroestruturas de van der Waals - dispositivos em nanoescala que apresentam propriedades incomuns e novos fenômenos emocionantes, explicou o líder da equipe, Professor Mishchenko.

p O ajuste do ângulo de torção controla a topologia e as interações eletrônicas em materiais 2-D - e tal processo, referido como 'twistronics', é um tópico de pesquisa em ascensão na física nos últimos anos. O novo estudo liderado por Manchester será publicado em Avanços da Ciência hoje.

p "Nossa técnica permite heteroestruturas torcidas de van der Waals com óptica sintonizável dinamicamente, mecânico, e propriedades eletrônicas ", explicou Yaping Yang, o principal autor deste trabalho.

p Yaping Yang acrescentou:"Esta técnica, por exemplo, poderia ser usado na manipulação robótica autônoma de cristais bidimensionais para construir superredes de van der Waals, o que permitiria um posicionamento preciso, rotação, e manipulação de materiais 2-D para fabricar materiais com ângulos de torção desejados, para ajustar as propriedades eletrônicas e quânticas dos materiais de van der Waals. "

p Torcer camadas de cristais 2-D em relação umas às outras resulta na formação de um padrão moiré, onde as redes dos cristais 2-D pais formam uma superrede. Esta superrede pode mudar completamente o comportamento dos elétrons no sistema, levando à observação de muitos fenômenos novos, incluindo fortes correlações de elétrons, efeito Hall quântico fractal, e supercondutividade.

p A equipe demonstrou essa técnica fabricando com sucesso heteroestruturas onde o grafeno está perfeitamente alinhado com as camadas encapsulantes superior e inferior de nitreto de boro hexagonal - apelidado de "grafeno branco" - criando superredes de moiré duplas nas duas interfaces.

p Conforme publicado em Avanços da Ciência , a técnica é mediada por um patch de polímero resistente em cristais 2-D alvo e um manipulador de gel de polímero, que pode controlar com precisão e dinamicamente a rotação e o posicionamento de materiais 2-D.

p "Nossa técnica tem o potencial de trazer twistronics para sistemas de medição criogênica, por exemplo, usando micromanipuladores ou dispositivos microeletromecânicos ", acrescentou Artem Mishchenko.

p Os pesquisadores usaram uma lâmina de vidro com uma gota de polidimetilsiloxano (PDMS) como um manipulador, que é curado e moldado naturalmente em uma geometria de hemisfério. Enquanto isso, eles depositaram intencionalmente um patch epitaxial de polimetilmetacrilato (PMMA) no topo de um cristal 2-D alvo através de uma litografia de feixe de elétrons padrão.

p As etapas para manipular flocos alvo em uma heteroestrutura são fáceis de seguir. Abaixando a alça de gel de polímero, O hemisfério PDMS é colocado em contato com o patch de PMMA. Quando eles se tocam, pode-se mover ou girar facilmente os cristais 2-D alvo na superfície do floco inferior. Esse movimento suave dos flocos 2-D é baseado na superlubricidade entre as duas estruturas cristalinas.

p A superlubricidade é um fenômeno em que o atrito entre superfícies atomicamente planas desaparece dependendo de certas condições.

p A técnica de manipulação permite o ajuste contínuo do ângulo de torção entre as camadas, mesmo após a montagem da heteroestrutura. Pode-se projetar o patch epitaxial de PMMA em uma forma arbitrária sob demanda, normalmente tendo a geometria que se ajusta ao floco alvo. A técnica de manipulação é conveniente e reproduzível, uma vez que o adesivo de PMMA pode ser facilmente removido pela acetona e refeito por litografia.

p Normalmente, para um hemisfério PDMS cuidadosamente fabricado, a área de contato entre o hemisfério e um cristal 2-D depende do raio do hemisfério e é altamente sensível à força de contato, tornando difícil controlar com precisão o movimento do cristal 2-D alvo.

p "O adesivo epitaxial de PMMA desempenha um papel crucial na técnica de manipulação. Nosso truque consiste em que a área de contato do manipulador de gel de polímero é limitada precisamente à forma padronizada da camada de polímero epitaxial. Esta é a chave para realizar o controle preciso do manipulação, permitindo que uma força de controle muito maior seja aplicada ", disse Jidong Li, um dos co-autores.

p Em comparação com outras técnicas de manipulação de materiais 2-D, como usar pontas de microscópio de força atômica (AFM) para empurrar um cristal com uma geometria especificamente fabricada, a técnica twistrônica in situ é não destrutiva e pode manipular flocos independentemente de sua espessura, enquanto uma ponta AFM funciona melhor apenas para flocos grossos e pode destruir os mais finos.

p O alinhamento perfeito de grafeno e nitreto de boro hexagonal demonstra o potencial da técnica em aplicações twistrônicas.

p Usando a técnica in situ, os pesquisadores giraram com sucesso as camadas 2-D em uma heteroestrutura de nitreto de boro / grafeno / nitreto de boro para realizar um alinhamento perfeito entre todas as camadas. Os resultados demonstram a formação de superredes moiré duplas nas duas interfaces da heteroestrutura. Além disso, os pesquisadores observaram a assinatura do moireacute de segunda ordem (composto); padrão gerado pelo duplo moireacute; superredes.

p Esta heteroestrutura com grafeno e nitreto de boro perfeitamente alinhados demonstra o potencial da técnica de manipulação em twistrônica.

p "A técnica pode ser facilmente generalizada para outros sistemas de materiais 2-D e permite a manipulação reversível em qualquer sistema 2-D longe do regime proporcional", disse Yaping Yang, quem realizou o trabalho experimental.

p O professor Mishchenko acrescentou:"Acreditamos que nossa técnica abrirá uma nova estratégia na engenharia de dispositivos e encontrará suas aplicações na pesquisa de quasicristais 2-D, bandas planas de ângulo mágico, e outros sistemas topologicamente não triviais. "