À gauche :cette image, prise au microscope à effet tunnel, montre un motif moiré dans le graphène bicouche torsadé à "angle magique". A droite :spectroscopie de charge à effet tunnel, une technique inventée par le groupe du professeur Eva Andrei, révèle des électrons corrélés, comme le montrent les bandes de charge alternées positives (bleues) et négatives (rouges) qui se sont formées dans le graphène bicouche torsadé "d'angle magique" vu dans l'image à gauche. Crédit :Yuhang Jiang/Université Rutgers-Nouveau-Brunswick
Lorsque deux écrans maillés sont superposés, de beaux motifs apparaissent lorsqu'un écran est décalé. Ces "motifs moirés" ont longtemps intrigué les artistes, scientifiques et mathématiciens et ont trouvé des applications dans l'imprimerie, la mode et les billets de banque.
Maintenant, une équipe dirigée par Rutgers a ouvert la voie à la résolution de l'un des mystères les plus durables de la physique des matériaux en découvrant qu'en présence d'un motif moiré dans le graphène, les électrons s'organisent en bandes, comme des soldats en formation.
Leurs découvertes, publié dans la revue La nature , pourrait aider à la recherche de matériaux quantiques, comme les supraconducteurs, ça marcherait à température ambiante. De tels matériaux réduiraient considérablement la consommation d'énergie en rendant la transmission d'énergie et les appareils électroniques plus efficaces.
"Nos découvertes fournissent un indice essentiel sur le mystère reliant une forme de graphène, appelé graphène bicouche torsadé, aux supraconducteurs qui pourraient fonctionner à température ambiante, " a déclaré l'auteur principal Eva Y. Andrei, Professeur au Conseil des gouverneurs au Département de physique et d'astronomie de l'École des arts et des sciences de l'Université Rutgers – Nouveau-Brunswick.
Le graphène, une fine couche atomique du graphite utilisé dans les crayons, est un maillage composé d'atomes de carbone qui ressemble à un nid d'abeilles. C'est un excellent conducteur d'électricité et beaucoup plus résistant que l'acier.
Schémas d'un motif moiré dans du graphène bicouche torsadé. Crédit :Eva Andrei/Université Rutgers-Nouveau-Brunswick
L'équipe dirigée par Rutgers a étudié le graphène bicouche torsadé, créé en superposant deux couches de graphène et en les désalignant légèrement. Cela crée un "angle de torsion" qui se traduit par un motif moiré qui change rapidement lorsque l'angle de torsion change.
En 2010, L'équipe d'Andrei a découvert qu'en plus d'être jolie, Les motifs moirés formés avec du graphène bicouche torsadé ont un effet dramatique sur les propriétés électroniques du matériau. En effet, le motif moiré ralentit les électrons qui conduisent l'électricité dans le graphène et se croisent à grande vitesse.
À un angle de torsion d'environ 1,1 degré – ce qu'on appelle l'angle magique – ces électrons s'arrêtent presque complètement. Les électrons lents commencent à se voir et à interagir avec leurs voisins pour se déplacer en cadence. Par conséquent, le matériau acquiert des propriétés étonnantes telles que la supraconductivité ou le magnétisme.
En utilisant une technique inventée par le groupe d'Andrei pour étudier le graphène bicouche torsadé, l'équipe a découvert un état où les électrons s'organisent en bandes robustes et difficiles à casser.
"Notre équipe a trouvé une étroite ressemblance entre cette caractéristique et des observations similaires dans les supraconducteurs à haute température, fournir de nouvelles preuves du lien profond qui sous-tend ces systèmes et ouvrir la voie à la percée de leur mystère persistant, " a déclaré Andreï.
