Desde a primeira fabricação bem-sucedida de uma estrutura bidimensional de átomos de carbono, cerca de 20 anos atrás, o grafeno fascinou os cientistas. Há alguns anos, pesquisadores descobriram que duas camadas de grafeno, levemente torcidas uma contra a outra, podem conduzir corrente elétrica sem perdas. Nos últimos anos, essa descoberta levou os cientistas a explorar esses materiais em camadas com mais detalhes. Um exemplo notável recente é o grafeno de três camadas torcidas simétricas, onde três camadas de grafeno são empilhadas com ângulos de torção alternados. É o primeiro sistema moiré que pode ser sintonizado eficientemente com um campo elétrico perpendicular e foi demonstrado experimentalmente que exibe supercondutividade robusta, juntamente com várias outras fases. “Isso estabelece o grafeno de três camadas como uma plataforma empolgante para a física complexa de muitos corpos, mas a natureza dos isoladores, semimetais e supercondutividade induzidos pela interação observada permanece desconhecida”, diz Mathias Scheurer, do Departamento de Física Teórica da Universidade de Innsbruck.
Em um artigo publicado na Physical Review X, uma equipe liderada por Scheurer estudou numérica e analiticamente o diagrama de fases desse sistema para diferentes números de elétrons por célula unitária moiré e em função do campo elétrico. "Este é um problema muito desafiador, pois o sistema tem bandas planas e altamente dispersivas", diz o físico teórico. "No entanto, conseguimos mostrar que o estado fundamental do sistema na ausência de um campo se desacopla em um produto do estado fundamental do grafeno e do estado fundamental do grafeno de bicamada torcida", uma propriedade que foi posteriormente confirmada por experimentos.

Seus resultados estabelecem ainda a dominância de fases isolantes e semimetálicas na presença de um campo elétrico que é exclusivo do sistema de três camadas, ou seja, não são realizados em grafeno de camada dupla torcida. "Podemos usar nosso diagrama de fase resultante para os estados normais correlacionados para restringir a forma do supercondutor", diz Scheurer. "Entre outros aspectos, os dois estados candidatos supercondutores resultantes que obtemos são consistentes com a estabilidade inesperada do supercondutor no campo magnético visto em experimentos."

A relevância das descobertas para a física do grafeno de três camadas torcidas é ainda atestada por uma colaboração posterior com o grupo de Abhay Pasupathy da Universidade de Columbia. Em um artigo recente na Ciência , eles relatam dados de microscopia de tunelamento (STM) neste sistema. "Mostramos que os espectros de tunelamento medidos exibem efeitos de interação significativos que podem ser capturados qualitativamente pelos números de nosso trabalho", diz Mathias Scheurer. + Explorar mais

Nematicidade é uma nova peça no quebra-cabeça de diagrama de fase de grafeno de dupla camada