O grafeno de bicamada torcida é um material bidimensional (2D) à base de carbono que compreende duas camadas de grafeno. Embora muitos cientistas tenham recentemente começado a explorar seu potencial de supercondutividade e magnetismo, até agora, houve muito poucos estudos ópticos examinando-o.
O grafeno de bicamada torcida pode exibir propriedades muito diferentes das de camadas únicas de grafeno, especialmente quando as duas camadas de que é composto são giradas em relação uma à outra por um pequeno ângulo, aproximadamente 1 grau. Investigar e sondar essas propriedades pode ser altamente valioso, pois pode melhorar o entendimento atual da supercondutividade e facilitar seu uso para o desenvolvimento de novos dispositivos.

Pesquisadores do Instituto de Ciências Fotônicas de Barcelona e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), bem como outros institutos em todo o mundo, realizaram recentemente um estudo destinado a sondar as excitações coletivas do grafeno de bicamada torcida em uma resolução espacial de 20 nm, usando uma técnica óptica conhecida como microscopia óptica de campo próximo de infravermelho médio. Seus esforços, descritos em um artigo publicado na Nature Physics , levou à observação de excitações coletivas interbandas no material.

“O grafeno de bicamada torcida é interessante para experimentos ópticos, especialmente devido às bandas planas combinadas com a primeira banda de energia excitada que também é relativamente plana”, disse Niels Hesp, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. "Como previsto em trabalhos teóricos anteriores, isso permite uma forte transição interbanda em energias infravermelhas, tornando-o acessível mesmo à temperatura ambiente. Nossos experimentos visavam estudar as excitações coletivas que são formadas a partir dessas transições ópticas."

A microscopia óptica de campo próximo é uma técnica avançada que pode ser usada para examinar as propriedades ópticas na superfície de um material com uma resolução de ~ 20 nm, que está muito abaixo do limite de difração, o ponto em que os sistemas ópticos começam a criar imagens de objetos mal (ou seja, , as imagens ficam desfocadas). Com esta técnica, a luz é acoplada a uma amostra por meio de uma ponta muito afiada, que também fornece o impulso necessário para lançar plasmons interbanda.

"Graças a uma longa colaboração com o grupo de Pablo Jarrillo-Herrero no MIT, tivemos acesso antecipado às suas amostras", disse Hesp. “Na verdade, uma das amostras que eles fabricaram para nós em 2016 foi a primeira a mostrar o estado isolante de Mott. esperar."

As medições ópticas reunidas por Hesp e seus colegas revelaram um modo de plasmon de propagação no grafeno de camada dupla torcida com carga neutra que é marcadamente diferente do plasmon intrabanda observado no grafeno de camada única. Em seu artigo, a equipe sugere que este poderia ser um plasmon interbanda associado às transições ópticas entre minibandas originárias da estrutura de super-rede moiré do material.

"Nosso trabalho mostra que o grafeno de bicamada torcida é igualmente interessante para estudos ópticos, especialmente porque é o primeiro sistema em que a propagação de plasmons interbanda foi vista com um fator de qualidade razoável", disse Hesp. "Esta excitação ocorre mesmo em um estado não dopado, o que significa que nenhuma voltagem externa é necessária. Embora as aplicações do mundo real estejam muito à frente, constitui outro bloco de construção para o 'kit de ferramentas plasmônico', trabalhando para circuitos ópticos integrados em nanoescala".

As observações fornecem novos insights valiosos sobre as propriedades distintivas do promissor material supercondutor de grafeno de bicamada torcida. No futuro, seu trabalho poderá contribuir para o desenvolvimento de vários novos dispositivos ópticos e circuitos integrados.

"Como as estruturas de grafeno torcidas formam uma classe de materiais que hospedam muitos fenômenos fascinantes, basicamente apenas começamos a jornada", diz o Prof. Koppens, líder do estudo. “Agora pretendemos acessar os estados correlacionados em temperaturas criogênicas com a ótica. Para isso, instalamos um novo tipo de microscópio de campo próximo que pode operar até 5K, no qual estudamos a interação da luz com os elétrons que interagem fortemente. Essa técnica acaba sendo muito sensível às propriedades eletrônicas do TBG e poderia apontar para os mecanismos físicos dos fenômenos supercondutores e magnéticos." + Explorar mais

Pesquisadores observam quebra de simetria de tradução em grafeno de bicamada torcida

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