La conductivité des doubles couches de graphène dépend fortement des états des atomes de carbone à leurs bords; une propriété qui pourrait avoir des implications importantes pour les transmissions d'informations aux échelles quantiques.

Fabriqué à partir de feuilles 2D d'atomes de carbone disposées en réseaux en nid d'abeille, Le graphène présente un large éventail de propriétés concernant la conduction de la chaleur et de l'électricité.

Lorsque deux couches de graphène sont empilées l'une sur l'autre pour former une "bicouche, ' ces propriétés peuvent devenir encore plus intéressantes. Aux bords de ces bicouches, par exemple, les atomes peuvent parfois exister dans un état exotique de la matière appelé état de « hall de spin quantique » (QSH), selon la nature de l'interaction entre leurs spins et leurs mouvements, appelé leur « couplage spin-orbite » (SOC). Alors que l'état QSH est autorisé pour le SOC « intrinsèque », il est détruit par 'Rashba' SOC. Dans un article récemment publié dans EPJ B , Priyanka Sinha et Saurabh Basu de l'Indian Institute of Technology Guwahati ont montré que ces deux types de SOC sont responsables des variations dans la manière dont les bicouches de graphène conduisent l'électricité.

Pour les nanorubans de graphène bicouche, dont les atomes de bord sont disposés en motifs en zigzag, les auteurs ont montré que les bandes d'énergies électroniques autorisées et interdites sont significativement différentes de celles trouvées dans le graphène monocouche. Pour le SOC intrinsèque, l'état QSH a même fait que les atomes dans le zigzag ont un écart entre ces bandes, qui a disparu dans les atomes impairs. Cependant, cette asymétrie a disparu pour Rashba SOC, qui a changé la relation entre l'énergie nécessaire pour ajouter un électron à la bicouche, et sa conductivité.

Cette sensibilité de conduction aux états des atomes de bord montre que les bicouches de graphène pourraient être particulièrement utiles pour les applications de spintronique. Ce domaine étudie comment les spins quantiques peuvent être utilisés pour transmettre efficacement des informations, ce qui intéresse particulièrement les chercheurs dans des domaines comme l'informatique quantique. Sinha et Basu ont également constaté que les comportements SOC caractéristiques qu'ils ont découverts persistaient avec ou sans tension aux bornes des bicouches, ce qui a dissipé les théories selon lesquelles cet aspect pourrait empêcher la formation de l'état QSH. Leurs travaux approfondissent notre connaissance des bicouches de graphène, ouvrant potentiellement de nouveaux domaines de recherche sur leurs propriétés intrigantes.