Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour ont découvert une méthode simple et efficace pour produire un champ pseudo-magnétique (PMF) de grande surface sur le graphène, et a démontré comment il peut être réglé avec la distribution spatiale et l'intensité souhaitées pour le stockage de données et les applications logiques ("Tailoring sample-wide pseudo-magnetic fields on a graphene-black phosphore heterostructure").

Le domaine de l'électronique se concentre sur la façon de contrôler et d'exploiter les propriétés des électrons. Pour étudier ou modifier les propriétés de ces électrons au régime quantique, un champ magnétique doit être appliqué.

Une autre façon d'obtenir cet effet est de créer un type spécial de contrainte mécaniquement dans le graphène, où les électrons se comportent comme s'ils étaient sous l'influence d'un champ magnétique appliqué de l'extérieur. Dans ce cas, aucun champ magnétique n'est appliqué physiquement et cela s'explique par la présence de PMF induit par la déformation.

Les électrons ont des degrés de liberté supplémentaires (paramètre indépendant décrivant l'état électronique) autres que sa charge. Ceux-ci sont connus comme les spins et le degré de liberté de la vallée. Les vallées sont les maxima et minima des énergies des électrons dans un solide cristallin. Une méthode pour contrôler les électrons dans différentes vallées peut potentiellement être utilisée pour développer des technologies informatiques plus efficaces.

Les PMF induites par la contrainte dans le graphène ont été explorées comme une approche prometteuse pour séparer les vallées du graphène et rendre leurs énergies non équivalentes, produisant une physique intrigante telle que le courant polarisé dans la vallée. De nombreux chercheurs ont été attirés par les énormes PMF (jusqu'à 300 teslas) observés dans les nanostructures de graphène contraintes telles que les nanobulles de graphène.

Cependant, ceux-ci sont distribués de manière aléatoire et ils ne sont pas réalisables pour une mise en œuvre pratique. Bien que la théorie prédise que les déformations à symétrie triangulaire sont capables de créer des PMF dans les matériaux, il n'existe actuellement aucune technique expérimentale connue qui puisse créer la texture de déformation spécifique pour générer un PMF uniforme avec la distribution spatiale et l'intensité souhaitées.

Une équipe dirigée par le professeur LOH Kian Ping du Département de chimie et du Centre des matériaux 2D avancés, NUS a découvert un moyen de générer des PMF sur du graphène en superposant du graphène sur du phosphore noir (BP) pour former une hétérostructure graphène sur BP. L'équipe de recherche comprend également le chimiste de surface Prof LU Jiong et le théoricien Prof Adam SHAFFIQUE de NUS. Le grand décalage de réseau et la contrainte de cisaillement imposés par les réseaux les uns aux autres donnent lieu à des PMF sur le graphène, qui peut être mesuré directement en utilisant la microscopie à effet tunnel.

En outre, ils ont découvert un moyen d'adapter l'intensité et la distribution spatiale des PMF sur le graphène en modifiant l'angle de rotation entre les directions cristallographiques du graphène et de la BP. Lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué en présence du PMF, ils sont capables de créer deux types de courants non équivalents, connu sous le nom de courant polarisé en vallée dans les mesures de transport électrique.

Le professeur Loh a dit, « Le contrôle des PMF à l'échelle nanométrique permet de tester la physique extrême suivante :les champs PMF peuvent servir de barrières énergétiques pour confiner efficacement les courants dans un canal unidimensionnel. En outre, des filtres de vallée peuvent être développés sur la base de la polarisation de vallée. Surtout, nous avons découvert qu'une texture de déformation complexe formée en plaçant un cristal hexagonal (graphène) sur un cristal orthorhombique (BP) convient pour générer une grande surface PMF.

L'implication est qu'il pourrait y avoir d'autres combinaisons de cristaux bidimensionnels qui n'ont pas encore été découvertes. Notre étude ouvre ainsi de nouvelles opportunités pour l'ingénierie des contraintes en vue d'adapter la distribution spatiale et l'intensité des PMF.