Avanços recentes no desenvolvimento de dispositivos feitos de materiais 2D estão abrindo caminho para novas capacidades tecnológicas, especialmente no campo da tecnologia quântica. Até agora, entretanto, pouca pesquisa foi realizada sobre perdas de energia em sistemas fortemente interagentes.



Pensando nisso, a equipe liderada pelo professor Ernst Meyer, do Departamento de Física da Universidade de Basileia, usou um microscópio de força atômica em modo pêndulo para investigar com mais detalhes um dispositivo de grafeno. Para isso, os pesquisadores utilizaram um grafeno de duas camadas, fabricado por colegas da LMU Munique, em que as duas camadas foram torcidas em 1,08°.

Quando empilhadas e torcidas uma em relação à outra, as duas camadas de grafeno produzem superestruturas "moiré" e o material adquire novas propriedades. Por exemplo, quando as duas camadas são torcidas pelo chamado ângulo mágico de 1,08°, o grafeno se torna um supercondutor em temperaturas muito baixas, conduzindo eletricidade quase sem dissipação de energia.

Ajustando as propriedades

Usando medições de microscopia de força atômica (AFM), a Dra. Alexina Ollier conseguiu agora provar que o ângulo de torção das camadas de grafeno atômico era uniforme em toda a camada, em cerca de 1,06°. Ela também conseguiu medir como as propriedades de condução de corrente da camada de grafeno podem ser alteradas e ajustadas em função da carga aplicada ao dispositivo.

Dependendo da “carga” das células individuais de grafeno com elétrons, o material se comportou como um isolante ou semicondutor. A temperatura relativamente alta de 5 Kelvin (-268,15°C) durante as medições significou que os pesquisadores não alcançaram supercondutividade no grafeno, já que esse fenômeno – condução de corrente sem dissipação de energia – só ocorre a uma temperatura muito mais baixa de 1,7 Kelvin.

"Conseguimos, no entanto, não apenas modificar e medir as propriedades de condução de corrente do dispositivo", explica Ollier, primeiro autor do estudo agora publicado na Communications Physics. , "mas também para conferir propriedades magnéticas ao grafeno - que, é claro, consiste apenas em átomos de carbono."

“É uma conquista podermos visualizar pequenos flocos de grafeno em componentes elétricos, alterar suas propriedades elétricas e magnéticas e medi-los com precisão”, diz Meyer sobre o trabalho, que fez parte de uma tese de doutorado no SNI Ph. D. Escola. “No futuro, este método também nos ajudará a determinar a perda de energia de vários componentes bidimensionais no caso de interações fortes”.

Mais informações: Alexina Ollier et al, Dissipação de energia no grafeno de bicamada torcida em ângulo mágico, Física das Comunicações (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01441-4
Informações do diário: Física das Comunicações

Fornecido pela Universidade de Basileia