La surface représente les bandes de basse énergie du graphène bicouche autour de la vallée K et la couleur de la surface indique l'amplitude de la courbure de Berry, qui agit comme un nouveau support d'information. Lorsque les hBN supérieur et inférieur sont déphasés l'un par rapport à l'autre (a) l'amplitude de la courbure de Berry est très faible et se limite à la vallée K. Cependant, lorsque les hBN supérieur et inférieur sont en phase l'un avec l'autre (b) l'asymétrie induite entre les couches de graphène bicouche entraîne une grande courbure de Berry qui est largement répartie autour de la vallée K de l'espace réciproque. Crédit :JAIST
Les ordinateurs d'aujourd'hui utilisent la présence ou l'absence de charge (0s et 1s) pour encoder des informations, où le mouvement physique des charges consomme de l'énergie et provoque de la chaleur. Une nouvelle alternative consiste à utiliser le nombre quantique d'ondes d'ondes grâce auquel le codage de l'information est possible sans déplacer physiquement les porteurs. Cette étude montre que la manipulation du nombre quantique d'onde est possible en contrôlant la configuration d'empilement et l'orientation de différents matériaux bidimensionnels.
Valleytronics donne naissance au courant de vallée, une écurie, courant sans dissipation qui est entraîné par un champ pseudo-magnétique, Courbure des baies. Cela permet à son tour la technologie de traitement et de stockage de l'information basée sur valleytronics. Une condition préalable à l'émergence de la courbure de Berry est soit une symétrie d'inversion brisée, soit une symétrie d'inversion du temps brisée. Ainsi, les matériaux bidimensionnels tels que les dichalcogénures de métaux de transition et le graphène bicouche à grille sont largement étudiés pour la valleytronics car ils présentent une symétrie d'inversion brisée.
Pour la plupart des études liées au graphène et à d'autres matériaux bidimensionnels, ces matériaux sont encapsulés avec du nitrure de bore hexagonal (hBN), un matériau à large bande interdite qui a un paramètre de maille comparable à celui du graphène. L'encapsulation avec une couche hBN protège le graphène et d'autres matériaux bidimensionnels contre l'adsorption indésirable de molécules parasites tout en conservant leurs propriétés intactes. hBN agit également comme un substrat bidimensionnel lisse contrairement au SiO
Pour cette raison, Post-doc Afsal Kareekunnan, Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), le maître de conférences Manoharan Muruganathan et le professeur Hiroshi Mizuta ont décidé qu'il était essentiel de prendre en compte l'effet du hBN en tant que substrat et en tant que couche d'encapsulation sur les propriétés valleytronics du graphène bicouche. En utilisant les calculs des premiers principes, ils ont trouvé que pour les hétérostructures proportionnelles au graphène hBN/bicouche, la configuration ainsi que l'orientation de la couche de hBN a un effet immense sur la polarité, ainsi que l'ampleur de la courbure de Berry.
Pour les hétérostructures non encapsulées hBN/graphène bicouche, où hBN n'est présent qu'en bas, la symétrie des couches est brisée en raison de la différence de potentiel subie par les deux couches du graphène bicouche. Cette asymétrie de couche induit une courbure de Berry non nulle. Cependant, l'encapsulation du graphène bicouche avec hBN (où les hBN supérieur et inférieur sont déphasés l'un par rapport à l'autre) annule l'effet de hBN et conduit le système vers la symétrie, réduire l'amplitude de la courbure de Berry. Une petite courbure de Berry qui est toujours présente est la caractéristique du graphène bicouche vierge où le transfert de charge spontané des vallées à l'une des couches entraîne une légère asymétrie entre les couches comme indiqué par le groupe plus tôt.
Néanmoins, encapsuler du graphène bicouche avec le hBN supérieur et inférieur en phase l'un avec l'autre améliore l'effet du hBN, conduisant à une augmentation de l'asymétrie entre les couches et une grande courbure de Berry. Cela est dû au potentiel asymétrique subi par les deux couches de graphène bicouche du hBN supérieur et inférieur. Le groupe a également découvert que l'amplitude et la polarité de la courbure de Berry peuvent être réglées dans tous les cas mentionnés ci-dessus avec l'application d'un champ électrique hors du plan.
"Nous croyons cela, tant du point de vue théorique qu'expérimental, une telle analyse précise de l'effet de l'utilisation de hBN à la fois comme substrat et comme couche d'encapsulation pour les dispositifs à base de graphène, donne un aperçu approfondi du système qui a un grand potentiel pour être un matériau valleytronic idéal, " dit le professeur Mizuta.
