p À lista de aplicações potenciais do grafeno - um semicondutor bidimensional de carbono puro que é mais forte e muito mais rápido do que o silício - podemos agora adicionar Valleytronics, a codificação de dados no movimento ondulatório dos elétrons à medida que passam por um condutor. Os pesquisadores do Berkeley Lab descobriram canais condutores de elétrons unidimensionais protegidos topologicamente nas paredes de domínio do grafeno de duas camadas. Esses canais condutores são "vale polarizados, "o que significa que eles podem servir como filtros para a polarização de vale de elétrons em dispositivos futuros, como computadores quânticos. p "Combinando microscopia infravermelha de campo próximo em escala nanométrica e medições de transporte elétrico de baixa temperatura, registramos as primeiras observações experimentais de canais de condução de elétrons balísticos 1D em paredes de domínio de grafeno de dupla camada, "diz Feng Wang, um físico de matéria condensada da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab, quem liderou este trabalho. "Esses canais condutores polarizados de vale 1D apresentavam um comprimento balístico de cerca de 400 nanômetros a 4 kelvin. Sua existência abre oportunidades para explorar fases topológicas únicas e física de vale no grafeno."

p Wang, que também tem um compromisso com o Departamento de Física de Berkeley da Universidade da Califórnia (UC), é o autor correspondente de um artigo que descreve esta pesquisa na revista Natureza . Os principais autores do artigo são Long Ju e Zhiwen Shi, membros do grupo de pesquisa de Wang.

p A Valleytronics está gerando muito entusiasmo na indústria de alta tecnologia como uma avenida potencial para a computação quântica. Como a spintrônica, Valleytronics oferece uma tremenda vantagem em velocidades de processamento de dados sobre a carga elétrica usada na eletrônica clássica.

p "Em Valleytronics, elétrons se movem através da rede de um semicondutor 2D como uma onda com dois vales de energia, cada vale sendo caracterizado por um momento distinto e um número de vale quântico, "Wang diz." Este número de vale quântico pode ser usado para codificar informações quando os elétrons estão em um vale de energia mínimo. "

p Trabalhos teóricos recentes sugeriram que as paredes de domínio entre o grafeno de bicamada empilhado AB e BA poderiam fornecer um lugar atraente para realizar canais condutores de elétrons unidimensionais para Valleytronics porque a suavidade das paredes do domínio preserva os vales de elétrons, ao contrário dos defeitos atômicos nas bordas do grafeno que resultam na mistura de vale. Até agora, Contudo, não houve nenhuma evidência experimental desses canais.

p Trabalhando no Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS), um DOE Office of Science User Facility, Wang, Ju, Shi e seus colegas usaram feixes de luz infravermelha fortemente focalizados para criar imagens in situ de paredes de domínio de empilhamento de camadas de grafeno de duas camadas em substratos de dispositivos. Dispositivos de efeito de campo fabricados sobre essas paredes de domínio revelaram os canais de condução 1D.

p "As medições de infravermelho foram realizadas na linha de luz 5.4 do ALS, "diz Shi." As capacidades de infravermelho de campo próximo desta linha de luz permitem espectroscopia óptica com resoluções espaciais que estão muito além do limite de difração, permitindo-nos obter imagens das paredes de domínio de largura de nanômetro em grafeno de duas camadas. "

p A data, a maioria das pesquisas da Valleytronics tem se concentrado nos semicondutores 2D conhecidos como materiais MX2, que consistem em uma única camada de átomos de metal de transição, como molibdênio ou tungstênio, imprensado entre duas camadas de átomos de calcogênio, como enxofre. Os resultados deste estudo demonstram que fases topológicas protegidas também podem ser realizadas em grafeno de dupla camada, que é um semicondutor sintonizável, tornando as folhas de carbono 2D úteis para aplicações Valleytronic.

p "Nossa próxima etapa é aumentar o comprimento balístico desses canais 1D para que possamos utilizá-los como filtros de vale de elétrons, bem como para outras manipulações de vales de elétrons no grafeno, "Wang diz.