Modelo de grafeno torcido exibe comportamento eletrônico complexo

Modelo topológico de férmions pesados. (a) Um esboço da célula unitária moiré do MATBG e seu análogo férmion pesado, onde os momentos locais e os elétrons itinerantes são formados pelo f efetivo orbitais no AA regiões de empilhamento e bandas de condução topológica (c), respectivamente. (b) A estrutura de bandas do modelo BM no ângulo mágico θ=1,05°, onde o moiré BZ e os momentos de alta simetria são ilustrados no painel superior. As sobreposições entre os estados de Bloch e os WFs de teste são representadas pelos círculos vermelhos. O perfil de densidade dos WFs localizados maximamente construídos ( f orbitais) é mostrado no painel de inserção inferior. (c) Bandas dadas pelo modelo topológico de férmions pesados (linhas pretas) em comparação com as bandas BM (cruzes azuis). O c (azul) e f bandas (vermelhas) no limite desacoplado, onde γ=v′_⋆ =0 , são mostrados na inserção. As linhas tracejadas laranja indicam a evolução dos níveis de energia como f−c acoplamento está ligado. Crédito:Cartas de Revisão Física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.047601

Um par de pesquisadores, um da Universidade de Pequim, o outro da Universidade de Princeton, descobriu que os parâmetros dos espectros de excitação do grafeno torcido correspondem diretamente aos atributos do modelo de férmion pesado. Em seu artigo publicado na revista Physical Review Letters, Zhi-Da Song e B. Andrei Bernevig descrevem a construção de um modelo para mostrar aspectos do modelo Bistritzer-MacDonald e, em seguida, o usaram para demonstrar as características do grafeno de bicamada torcida. Aline Ramires, do Instituto Paul Scherrer, publicou um artigo News &Views na revista Nature delineando o trabalho de Bernevig e Song.
O grafeno é uma folha plana de carbono 2D e objeto de considerável pesquisa. Um esforço de pesquisa há quatro anos envolveu colocar uma folha de grafeno em cima da outra e depois torcer a folha superior. Depois de muita tentativa e erro, esses pesquisadores descobriram que torcer a folha superior em uma certa quantidade (1,05 graus) levou à criação de um supercondutor. Isso os levou a se referir à quantidade distorcida como um "ângulo mágico".

Desde então, outros pesquisadores estudam os atributos do grafeno de bicamada torcida alinhado em seu ângulo mágico. Nesse novo esforço, os pesquisadores estudaram seus espectros de excitação e descobriram que correspondiam aos parâmetros do modelo de férmions.

Trabalhos anteriores mostraram que o grafeno de bicamada torcida na orientação certa assume algumas propriedades únicas – um conjunto de elétrons, por exemplo, se move, o que explica sua condutividade. Mas outro conjunto de elétrons permanece fixo. As duas características contraditórias do material permitem que os cientistas empurrem uma amostra entre um isolante e um supercondutor.

Para entender melhor por que isso acontece, Song e Bernevig criaram um modelo do sistema e o usaram para realizar cálculos exatos descrevendo o comportamento do material. Eles descobriram que eram capazes de descrever a estrutura do grafeno de bicamada torcida em comparação com materiais férmions pesados. Mais trabalhos mostraram que os parâmetros do material correspondiam diretamente aos parâmetros do modelo de férmion pesado. Materiais férmions pesados são aqueles encontrados na parte inferior da tabela periódica. + Explorar mais