Físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriram um novo estado de Mott em bicamadas de grafeno torcidas no “ângulo mágico” de 1,1 graus. Este novo estado da matéria, caracterizado por fortes interações entre elétrons e pela formação de uma fase isolante, fornece novos insights sobre a física de sistemas eletrônicos correlacionados e tem implicações potenciais para o processamento de informação quântica e outras aplicações tecnológicas.

O grafeno, um material bidimensional feito de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal, tem sido objeto de intensa pesquisa devido às suas notáveis ​​propriedades eletrônicas e potenciais aplicações em nanoeletrônica. Ao empilhar duas camadas de grafeno uma sobre a outra e girá-las em um pequeno ângulo, os pesquisadores podem criar um sistema conhecido como bicamadas de grafeno torcidas. Em um “ângulo mágico” específico de 1,1 graus, as propriedades eletrônicas dessas bicamadas sofrem uma mudança dramática, levando à formação de estados eletrônicos correlacionados.

Num estudo publicado na revista Nature, a equipa do MIT, liderada por Pablo Jarillo-Herrero e Yuan Cao, observou um novo estado de Mott em bicamadas de grafeno torcidas no ângulo mágico. Usando uma combinação de medições de transporte elétrico e microscopia de varredura por tunelamento, eles descobriram que o sistema sofre uma transição de metal para isolante à medida que a temperatura diminui, consistente com a formação de um estado de Mott. Além disso, observaram uma coexistência incomum de elétrons localizados e deslocalizados, sugerindo uma complexa interação de interações neste sistema.

O estado de Mott encontrado em bicamadas de grafeno torcidas é diferente daqueles observados em óxidos de metais de transição convencionais, onde as interações são impulsionadas pela repulsão de Coulomb entre elétrons localizados em sítios atômicos. No grafeno torcido, as interações surgem da estrutura de banda única que emerge no ângulo mágico, levando a um mecanismo diferente para a formação do estado de Mott.

Este novo estado de Mott tem implicações potenciais para o desenvolvimento de tecnologias de informação quântica. Os elétrons localizados no estado de Mott poderiam servir como qubits, as unidades básicas de informação quântica. Além disso, a sintonia das interações e das propriedades eletrônicas das bicamadas de grafeno torcidas, variando o ângulo de torção, fornece uma plataforma versátil para o estudo de sistemas eletrônicos correlacionados e fenômenos quânticos.

A descoberta do novo estado de Mott em bicamadas de grafeno torcidas no ângulo mágico abre novos caminhos para a exploração na física da matéria condensada e nos materiais quânticos. Mais pesquisas neste campo poderiam levar a uma compreensão mais profunda dos sistemas de elétrons correlacionados e abrir caminho para o desenvolvimento de novas tecnologias quânticas.