Os computadores de hoje usam a presença ou ausência de carga (0s e 1s) para codificar informações, onde o movimento físico das cargas consome energia e causa calor. Uma nova alternativa é utilizar o número quântico de onda de elétrons, pelo qual a codificação da informação é possível sem mover fisicamente os portadores. Este estudo mostra que a manipulação do número quântico da onda é possível controlando a configuração de empilhamento e a orientação de diferentes materiais bidimensionais.

Valleytronics dá origem à corrente do vale, um estábulo, corrente sem dissipação que é conduzida por um campo pseudomagnético, Curvatura da baga. Isso, por sua vez, permite a tecnologia de armazenamento e processamento de informações baseada na Valleytronics. Um pré-requisito para o surgimento da curvatura de Berry é uma simetria de inversão quebrada ou uma simetria de reversão de tempo quebrada. Assim, materiais bidimensionais, como dichalcogenetos de metais de transição e grafeno de duas camadas são amplamente estudados para Valleytronics, pois exibem simetria de inversão quebrada.

Para a maioria dos estudos relacionados ao grafeno e outros materiais bidimensionais, esses materiais são encapsulados com nitreto de boro hexagonal (hBN), um material de gap largo que tem um parâmetro de rede comparável ao do grafeno. O encapsulamento com camada de hBN protege o grafeno e outros materiais bidimensionais da adsorção indesejada de moléculas perdidas, enquanto mantém suas propriedades intactas. O hBN também atua como um substrato bidimensional suave, ao contrário do SiO ₂ que é altamente não uniforme, aumentando a mobilidade dos portadores no grafeno. Contudo, a maioria dos estudos de Valleytronics em grafeno de bicamada com encapsulamento de hBN não levou em consideração o efeito da camada de hBN em quebrar a simetria de camada de grafeno de bicamada e induzir a curvatura de Berry.

Por esta razão, Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST), pós-doutorado Afsal Kareekunnan, o palestrante sênior Manoharan Muruganathan e o professor Hiroshi Mizuta decidiram que era vital levar em consideração o efeito do hBN como substrato e como camada de encapsulamento nas propriedades valleytronics do grafeno de dupla camada. Usando cálculos de primeiros princípios, eles descobriram que, para heteroestruturas comensuráveis ​​de grafeno hBN / bicamada, a configuração, bem como a orientação da camada hBN, tem um efeito imenso na polaridade, bem como a magnitude da curvatura de Berry.

Para heteroestruturas de grafeno hBN / bicamada não encapsuladas, onde hBN está presente apenas na parte inferior, a simetria da camada é quebrada devido à diferença no potencial experimentado pelas duas camadas da bicamada de grafeno. Esta assimetria de camada induz uma curvatura Berry diferente de zero. Contudo, encapsulamento do grafeno de bicamada com hBN (onde o hBN superior e inferior estão fora de fase um com o outro) anula o efeito de hBN e conduz o sistema em direção à simetria, reduzindo a magnitude da curvatura de Berry. Uma pequena curvatura de Berry que ainda está presente é a característica do grafeno de duas camadas, onde a transferência espontânea de carga dos vales para uma das camadas resulta em uma ligeira assimetria entre as camadas, conforme relatado pelo grupo anteriormente.

Apesar disso, encapsular o grafeno de bicamada com o hBN superior e inferior em fase um com o outro aumenta o efeito do hBN, levando a um aumento da assimetria entre as camadas e uma grande curvatura de Berry. Isso se deve ao potencial assimétrico experimentado pelas duas camadas de grafeno de duas camadas do hBN superior e inferior. O grupo também descobriu que a magnitude e a polaridade da curvatura de Berry podem ser ajustadas em todos os casos mencionados acima com a aplicação de um campo elétrico fora do plano.

"Nós acreditamos nisso, a partir de perspectivas teóricas e experimentais, tal análise precisa do efeito do uso de hBN tanto como substrato quanto como camada de encapsulamento para dispositivos baseados em grafeno, dá uma visão profunda do sistema, que tem grande potencial para ser um material Valleytronic ideal, "Disse o professor Mizuta.