Le graphène, un matériau bidimensionnel constitué d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal, a fait l'objet d'intenses recherches en raison de ses propriétés électroniques remarquables et de ses applications potentielles en nanoélectronique. En empilant deux couches de graphène l’une sur l’autre et en les faisant pivoter d’un petit angle, les chercheurs peuvent créer un système appelé bicouches de graphène torsadées. À un « angle magique » spécifique de 1,1 degrés, les propriétés électroniques de ces bicouches subissent un changement radical, conduisant à la formation d’états électroniques corrélés.
Dans une étude publiée dans la revue Nature, l'équipe du MIT, dirigée par Pablo Jarillo-Herrero et Yuan Cao, a observé un nouvel état de Mott dans des bicouches de graphène torsadées sous l'angle magique. En utilisant une combinaison de mesures de transport électrique et de microscopie à effet tunnel, ils ont découvert que le système subit une transition métal-isolant à mesure que la température diminue, ce qui est cohérent avec la formation d'un état de Mott. De plus, ils ont observé une coexistence inhabituelle d’électrons localisés et délocalisés, suggérant une interaction complexe d’interactions dans ce système.
L'état de Mott trouvé dans les bicouches de graphène torsadées est différent de ceux observés dans les oxydes de métaux de transition conventionnels, où les interactions sont pilotées par la répulsion coulombienne entre électrons localisés sur des sites atomiques. Dans le graphène torsadé, les interactions proviennent de la structure de bande unique qui émerge sous l'angle magique, conduisant à un mécanisme différent pour la formation de l'état de Mott.
Ce nouvel état de Mott a des implications potentielles pour le développement des technologies de l’information quantique. Les électrons localisés dans l’état de Mott pourraient servir de qubits, unités de base de l’information quantique. De plus, la possibilité d’accorder les interactions et les propriétés électroniques des bicouches de graphène torsadées en faisant varier l’angle de torsion fournit une plate-forme polyvalente pour étudier les systèmes électroniques corrélés et les phénomènes quantiques.
La découverte du nouvel état de Mott dans des bicouches de graphène torsadées sous l'angle magique ouvre de nouvelles voies d'exploration en physique de la matière condensée et en matériaux quantiques. Des recherches plus approfondies dans ce domaine pourraient conduire à une compréhension plus approfondie des systèmes électroniques corrélés et ouvrir la voie au développement de nouvelles technologies quantiques.
