p Nos últimos anos, engenheiros eletrônicos têm experimentado novos materiais que podem ser usados ​​para estudar fenômenos de correlação eletrônica. Os materiais moiré Van der Waals (vdW) são particularmente promissores para examinar esses fenômenos. Os materiais VdW são compostos de camadas bidimensionais (2D) fortemente ligadas que são ligadas na terceira dimensão por meio de forças de dispersão mais fracas. p O termo moiré, por outro lado, refere-se a um padrão específico produzido quando um padrão pautado opaco com lacunas é colocado em um padrão semelhante. Estudos revelaram recentemente estados de isolamento robustos e correlacionados em fatores de preenchimento inteiros e fracionários de materiais semicondutores com um padrão moiré.

p Pesquisadores da Cornell University e do National Institute for Materials Science no Japão realizaram recentemente um estudo explorando as propriedades termodinâmicas desses estados robustos correlacionados. Seu papel, publicado em Nature Nanotechnology , em última análise, mostrou essa capacitância (ou seja, a capacidade de um sistema de armazenar carga elétrica) pode desempenhar um papel fundamental na sondagem de estados correlacionados de materiais semicondutores moiré.

p Este estudo recente foi em parte baseado em um esforço de pesquisa anterior da mesma equipe, que revelou a presença de uma abundância de cristais de elétrons em materiais semicondutores moiré. Um dos principais objetivos do novo estudo da equipe foi entender melhor esses estados do cristal de elétrons por meio da coleta de medições termodinâmicas.

p "Nosso estudo também se inspira em cálculos teóricos de nosso amigo Veit Elser, quem é co-autor do artigo, "Kin Fai Mak, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Veit calculou a capacitância de um capacitor de placa paralela que tem a amostra como uma placa e uma porta metálica como outra placa."

p Tipicamente, a capacitância de um capacitor de placa paralela, como o investigado por Elser, só seria definida por sua geometria (por exemplo, distância entre as duas placas). Surpreendentemente, Contudo, seus cálculos sugeriram que a capacitância quando a placa de amostra está em uma mistura de fase de cristais de elétrons poderia de fato ser infinita.

p "Isso pode ser enorme, pois pode aumentar significativamente a capacidade do dispositivo de armazenar carga, "Mak disse.

p Para testar essa ideia experimentalmente, Mak e seus colegas mediram a capacitância de um capacitor paralelo que tem a amostra de interesse (ou seja, a amostra moiré) como uma placa e uma folha fina de metal como a segunda placa.

p "As duas placas foram separadas por uma distância experimentalmente variável, "Mak disse." A capacitância está intimamente ligada à compressibilidade eletrônica (uma quantidade termodinâmica) da amostra, que é uma medida de quão compressíveis os elétrons são quando são submetidos a um campo elétrico externo. "

p A equipe mediu cuidadosamente o quão compressíveis os elétrons em sua amostra eram quando expostos a um campo elétrico externo em função da densidade e temperatura do elétron. Isso permitiu que eles derivassem duas medições termodinâmicas adicionais (ou seja, a entropia eletrônica e capacidade de calor específica) a partir dos dados existentes, usando regras de relações termodinâmicas reconhecidas e estabelecidas.

p "Uma das conquistas mais importantes do nosso estudo foi uma melhoria significativa da capacitância medida em comparação com o valor geométrico, "Mak disse." Até onde sabemos, este é provavelmente o maior aprimoramento relatado até o momento. Por causa de distúrbios da amostra, Contudo, o aumento observado está longe do infinito, conforme previsto pelos cálculos originais de Veit. Pode-se imaginar um aumento de capacitância adicional com melhores amostras no futuro. "

p As recentes descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores podem ter implicações importantes para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. Na verdade, seu trabalho demonstra que a capacitância de superredes semicondutoras de moiré pode ser significativamente aumentada, o que significa que o armazenamento de carga de dispositivos feitos desses materiais pode ser melhorado.

p Além disso, a equipe reuniu valiosas medições quantitativas das propriedades termodinâmicas dos estados do cristal de elétrons em super-redes semicondutoras moiré. No futuro, essas medições podem ajudar a entender melhor a natureza desses estados exóticos da matéria.

p "A medição termodinâmica é uma habilidade importante na física, pois ajuda a compreender a natureza de muitos estados quânticos emergentes da matéria, "Mak acrescentou." Existem tantos estados exóticos recentemente descobertos em materiais moiré (por exemplo, supercondutividade, isoladores correlacionados, cristais de elétrons, efeito Hall anômalo quântico, etc.). A realização de estudos termodinâmicos sobre esses estados certamente ajudará a compreender alguns dos mistérios desse campo de pesquisa. Em geral, medição de capacitância é uma ferramenta de diagnóstico muito útil para questões quânticas. " p © 2021 Science X Network