Os átomos fazem coisas estranhas quando forçados a sair de suas zonas de conforto. Os engenheiros da Rice University pensaram em uma nova maneira de dar um empurrãozinho.
O teórico de materiais Boris Yakobson e sua equipe na Escola de Engenharia George R. Brown de Rice têm uma teoria de que alterar o contorno de uma camada de material 2D, alterando assim as relações entre seus átomos, pode ser mais simples de fazer do que se pensava anteriormente.

Enquanto outros torcem bicamadas 2D - duas camadas empilhadas juntas - de grafeno e similares para alterar sua topologia, os pesquisadores da Rice sugerem, por meio de modelos computacionais, que o cultivo ou estampagem de materiais 2D de camada única em uma superfície ondulada cuidadosamente projetada alcançaria "um nível sem precedentes de controle" sobre suas propriedades magnéticas e eletrônicas.

Eles dizem que a descoberta abre um caminho para explorar os efeitos de muitos corpos, as interações entre várias partículas microscópicas, incluindo sistemas quânticos.

O artigo de Yakobson e dois ex-alunos, o coautor Sunny Gupta e Henry Yu, de seu laboratório, aparece em Nature Communications .

Os pesquisadores foram inspirados por descobertas recentes de que torcer ou deformar bicamadas de materiais 2D como o grafeno de bicamada em "ângulos mágicos" induziu fenômenos eletrônicos e magnéticos interessantes, incluindo a supercondutividade.

Seus modelos mostram que, em vez de torcer, simplesmente estampar ou cultivar um material 2D como o nitreto de boro hexagonal (hBN) em uma superfície irregular naturalmente força a estrutura do material, permitindo que ele forme campos pseudoelétricos e pseudomagnéticos e possivelmente exiba ricos efeitos físicos semelhantes aos encontrados em materiais torcidos.

O hBN plano é um isolante, mas os pesquisadores descobriram que forçar os átomos em seu modelo criava estruturas de banda, tornando-o efetivamente um semicondutor.

A vantagem de sua estratégia, disse Gupta, é que a deformação seria altamente controlável através das saliências da superfície, pois os substratos poderiam ser modelados com precisão usando litografia por feixe de elétrons. "Isso também permitirá alterar de forma controlada os estados eletrônicos e os efeitos quânticos, projetando substratos com topografia diferente", disse ele.

Como a carga pode ser manipulada para fluir em uma direção, o caminho que ela segue é um modelo para sistemas 1D. Yakobson disse que pode ser usado para explorar propriedades de sistemas quânticos 1D que não podem ser acessados ​​por meio de grafeno torcido.

"Imagine uma estrada com uma única pista de modo que os carros possam se mover em apenas uma direção", disse Gupta. "Um carro não pode ultrapassar o da frente, então o tráfego só se moverá quando todos os carros se moverem coletivamente.

"Este não é o caso em 2D ou quando você tem várias pistas, onde os carros - ou elétrons - podem passar", disse ele. "Como carros, elétrons em um sistema 1D fluirão coletivamente e não individualmente. Isso torna os sistemas 1D especiais com uma física rica e inexplorada."

Gupta disse que seria muito mais fácil formar um substrato irregular com um feixe de elétrons do que atualmente é torcer bicamadas 2D de grafeno ou outras heteroestruturas como hBN para menos de um único grau de precisão.

“Além disso, pode-se perceber estados quânticos 1D, que normalmente não são acessíveis por bicamadas 2D torcidas”, disse ele. “Isso permitirá a exploração de efeitos físicos em 1D que permaneceram amplamente elusivos até agora”. + Explorar mais

Uma abordagem mais simples para criar materiais quânticos