Une simple feuille de graphène a des propriétés remarquables dues à un phénomène quantique dans sa structure électronique appelé cônes de Dirac. Le système devient encore plus intéressant s'il comprend deux feuillets de graphène superposés, et on est très légèrement tourné dans son propre plan de sorte que les trous des deux réseaux de carbone ne coïncident plus complètement. Pour des angles de torsion spécifiques, le système de graphène bicouche présente des propriétés exotiques telles que la supraconductivité.

Une nouvelle étude menée par la physicienne brésilienne Aline Ramires avec Jose Lado, un chercheur d'origine espagnole à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich), montre que l'application d'un champ électrique à un tel système produit un effet identique à celui d'un champ magnétique extrêmement intense appliqué à deux feuilles de graphène alignées.

Un article sur l'étude a récemment été publié dans Lettres d'examen physique . Il est également disponible sur la plateforme de pré-publication arXiv.

"J'ai fait l'analyse, et il a été vérifié informatiquement par Lado, " a déclaré Ramires. " Il permet de contrôler les propriétés électroniques du graphène au moyen de champs électriques, générant des champs magnétiques artificiels mais efficaces avec des amplitudes bien plus grandes que celles des champs magnétiques réels qui peuvent être appliqués."

Les deux feuilles de graphène doivent être suffisamment proches l'une de l'autre pour que les orbitales électroniques de l'une interagissent avec les orbitales électroniques de l'autre, elle a expliqué. Cela signifie une séparation aussi proche qu'environ un angström (10-10 mètres ou 0,1 nanomètre), qui est la distance entre deux atomes de carbone dans le graphène.

Une autre exigence est un petit angle de torsion pour chaque feuille par rapport à l'autre - moins d'un degré. Bien qu'entièrement théorique, l'étude a un potentiel technologique évident, car il montre qu'un matériau polyvalent tel que le graphène peut être manipulé dans des régimes jusqu'alors inexplorés.

« Les champs magnétiques artificiels proposés précédemment étaient basés sur l'application de forces pour déformer le matériau. Notre proposition permet de contrôler la génération de ces champs avec une bien plus grande précision. Cela pourrait avoir des applications pratiques, " dit Ramires.

Les états exotiques de la matière induits par les champs magnétiques artificiels sont associés à l'apparition de "niveaux pseudo-Landau" dans les feuillets de graphène. Niveaux de Landau - du nom du physicien et mathématicien soviétique Lev Landau (1908-1968), Lauréat du prix Nobel de physique en 1962 - sont un phénomène quantique par lequel, en présence d'un champ magnétique, les particules chargées électriquement ne peuvent occuper que des orbites avec des valeurs d'énergie discrètes. Le nombre d'électrons dans chaque niveau de Landau est directement proportionnel à l'amplitude du champ magnétique appliqué.

« Ces états sont bien localisés dans l'espace; lorsque les particules interagissent à ces niveaux, les interactions sont beaucoup plus intenses que d'habitude. La formation de niveaux pseudo-Landau explique pourquoi les champs magnétiques artificiels font apparaître dans le matériau des propriétés exotiques telles que la supraconductivité ou les liquides de spin, " dit Ramires.