Os materiais 2D desencadearam um boom na pesquisa de materiais. Acontece que efeitos interessantes ocorrem quando dois desses materiais em camadas são empilhados e ligeiramente torcidos.

A descoberta do grafeno material, que consiste em apenas uma camada de átomos de carbono, foi o sinal de partida para uma corrida global:Hoje, os chamados materiais 2D são produzidos, feito de diferentes tipos de átomos. Camadas atomicamente finas que muitas vezes têm propriedades de materiais muito especiais não encontradas no convencional, materiais mais espessos.

Agora, outro capítulo está sendo adicionado a este campo de pesquisa:Se duas dessas camadas 2D forem empilhadas no ângulo certo, ainda mais novas possibilidades surgem. A maneira como os átomos das duas camadas interagem cria padrões geométricos intrincados, e esses padrões têm um impacto decisivo nas propriedades do material, como uma equipe de pesquisa da TU Wien e da Universidade do Texas (Austin) agora pode mostrar. Fônons - as vibrações da rede dos átomos - são significativamente influenciados pelo ângulo em que as duas camadas de materiais são colocadas uma sobre a outra. Assim, com pequenas rotações de tal camada, pode-se alterar significativamente as propriedades do material.

O Efeito Moiré

A ideia básica pode ser experimentada em casa com duas folhas de tela de mosca - ou com quaisquer outras malhas regulares que possam ser colocadas uma em cima da outra:Se ambas as grades forem perfeitamente congruentes uma em cima da outra, você dificilmente pode dizer de cima se é uma ou duas grades. A regularidade da estrutura não mudou.

Mas se agora você virar uma das grades por um pequeno ângulo, há lugares onde os pontos de grade das malhas correspondem aproximadamente, e outros lugares onde eles não o fazem. Por aqui, padrões interessantes emergem - esse é o conhecido efeito moiré.

"Você pode fazer exatamente a mesma coisa com as redes atômicas de duas camadas de materiais, "diz o Dr. Lukas Linhart do Instituto de Física Teórica da TU Wien. O notável é que isso pode alterar dramaticamente certas propriedades de materiais - por exemplo, o grafeno se torna um supercondutor se duas camadas desse material forem combinadas da maneira correta.

"Nós estudamos camadas de dissulfeto de molibdênio, que, junto com o grafeno, é provavelmente um dos materiais 2D mais importantes, "diz o Prof Florian Libisch, que liderou o projeto na TU Wien. "Se você colocar duas camadas deste material uma sobre a outra, as chamadas forças de Van der Waals ocorrem entre os átomos dessas duas camadas. Estas são forças relativamente fracas, mas eles são fortes o suficiente para mudar completamente o comportamento de todo o sistema. "

Em elaboradas simulações de computador, a equipe de pesquisa analisou o estado da mecânica quântica da nova estrutura de bicamada causada por essas forças adicionais fracas, e como isso afeta as vibrações dos átomos nas duas camadas.

O ângulo de rotação é importante

"Se você torcer as duas camadas um pouco uma contra a outra, as forças de Van der Waals fazem com que os átomos de ambas as camadas mudem um pouco suas posições, "diz o Dr. Jiamin Quan, da UT Texas em Austin. Ele liderou os experimentos no Texas, o que confirmou os resultados dos cálculos:O ângulo de rotação pode ser usado para ajustar quais vibrações atômicas são fisicamente possíveis no material.

"Em termos de ciência dos materiais, é importante ter controle sobre as vibrações do fônon desta forma, "diz Lukas Linhart" O fato de que as propriedades eletrônicas de um material 2D podem ser alteradas pela união de duas camadas já era conhecido antes. Mas o fato de que as oscilações mecânicas no material também podem ser controladas por isso agora abre novas possibilidades para nós. Fônons e propriedades eletromagnéticas estão intimamente relacionadas. Por meio das vibrações do material, pode-se, portanto, intervir em importantes efeitos de muitos corpos de uma maneira controladora. "Após esta primeira descrição do efeito para os fônons, os pesquisadores agora estão tentando descrever fônons e elétrons combinados, na esperança de aprender mais sobre fenômenos importantes como a supercondutividade.

O efeito Moiré material-físico, portanto, torna o campo de pesquisa já rico de materiais 2D ainda mais rico - e aumenta as chances de continuar a encontrar novos materiais em camadas com propriedades anteriormente inatingíveis e permite o uso de materiais 2D como uma plataforma experimental para propriedades bastante fundamentais de sólidos.