Un groupe de physique de l'Université de l'Oklahoma met en lumière un nouvel état de Mott observé dans des bicouches de graphène torsadées à «l'angle magique» dans une étude récente qui vient d'être publiée dans Lettres d'examen physique . Les physiciens de l'OU montrent que l'état de Mott dans les bicouches de graphène favorise l'alignement ferromagnétique des spins des électrons, un phénomène inédit dans les isolateurs Mott conventionnels, et un nouveau concept sur le nouvel état isolant observé dans les bicouches de graphène torsadées.

"Nous essayons de comprendre la nature de l'état de Mott dans ce système, " a déclaré Bruno Uchoa, professeur agrégé au Département de physique et d'astrophysique Homer L. Dodge. "L'état de Mott que nous avons proposé est un état isolant qui peut conduire à la supraconductivité dans certaines conditions, est pourtant différent des états de Mott observés dans d'autres systèmes. Il existe des différences fondamentales, cependant, et c'est ce que nous étudions."

La physique de Mott a été largement étudiée au cours des dernières décennies dans les supraconducteurs cuprates à haute température, des matériaux qui, dans certaines conditions, peuvent transmettre des courants de charge à une température relativement élevée sans produire de dissipation thermique. Dans la phase de Mott, cependant, le mouvement des porteurs de charge est limité par leur forte répulsion électrique mutuelle, ce qui conduit à un comportement isolant, lorsqu'un matériau est incapable de conduire l'électricité.

Il conduit également à l'anti-ferromagnétisme, un état où les spins de deux électrons assis l'un à côté de l'autre sont antiparallèles. Cette dernière propriété est le résultat du principe d'exclusion de Pauli, l'une des nombreuses propriétés exotiques de la mécanique quantique, qui stipule que les deux électrons ne peuvent pas occuper le même état quantique. La nouvelle étude montre que l'état de Mott dans le graphène diffère d'autres exemples connus de manière fondamentale.

En utilisant deux feuilles de graphène torsadées à un très petit angle, connu sous le nom de « angle magique », ' le système est en corrélation avec les propriétés observées dans les supraconducteurs à haute température. Le graphène est composé de carbone et du matériau le plus fin de l'univers, seulement un atome d'épaisseur. Le matériau est comme un treillis en nid d'abeille, ainsi, deux couches tordues à un très petit angle entraînent un déplacement différent des électrons. Le nouveau travail montre que les contraintes de réseau imposées par le petit angle de torsion peuvent fortement favoriser l'alignement parallèle des spins électroniques même lorsque les électrons se repoussent fortement. Les physiciens de l'OU ont proposé un nouvel état de Mott dans lequel ces électrons se comportent d'une manière jamais vue auparavant.

"Les bicouches de graphène torsadé sont très prometteuses pour une variété d'applications technologiques dans les nanodispositifs, " a déclaré Kangjun Seo, un chercheur postdoctoral dans le groupe OU, qui était le premier auteur de l'étude. "C'est un système physique très intéressant et important."

Le papier de l'OU, "État de Mott ferromagnétique dans les bicouches de graphène torsadées à l'angle magique, " a récemment été publié dans Lettres d'examen physique .