Une étude récente des laboratoires de James Hone (génie mécanique) et Cory Dean (physique) démontre une nouvelle façon d'ajuster les propriétés des matériaux bidimensionnels (2-D) simplement en ajustant l'angle de torsion entre eux. Les chercheurs ont construit des dispositifs constitués de graphène monocouche encapsulé entre deux cristaux de nitrure de bore et, en ajustant l'angle de torsion relatif entre les couches, ils ont pu créer de multiples motifs moirés.

Les motifs moirés sont d'un grand intérêt pour les physiciens de la matière condensée et les scientifiques des matériaux qui les utilisent pour modifier ou générer de nouvelles propriétés de matériaux électroniques. Ces motifs peuvent être formés en alignant du nitrure de bore (BN, un isolant) et des cristaux de graphène (un semi-métal). Lorsque ces réseaux d'atomes en nid d'abeille sont proches de l'alignement, ils créent un superréseau moiré, un motif d'interférence à l'échelle nanométrique qui ressemble également à un nid d'abeille. Ce superréseau moiré modifie l'environnement de mécanique quantique des électrons conducteurs dans le graphène, et peut donc être utilisé pour programmer des changements significatifs dans les propriétés électroniques observées du graphène.

À ce jour, la plupart des études sur les effets des super-réseaux moirés dans les systèmes graphène-BN ont porté sur une seule interface (avec la surface supérieure ou inférieure du graphène considérée, mais pas les deux). Cependant, une étude publiée par Hone et Dean l'année dernière a démontré qu'un contrôle rotationnel total sur l'une des deux interfaces était possible au sein d'un seul appareil.

En concevant un appareil qui a un alignement persistant sur une interface, et alignement réglable à l'autre, l'équipe de Columbia a maintenant pu étudier les effets de multiples potentiels de superréseau moiré sur une couche de graphène.

"Nous avons décidé d'examiner à la fois les surfaces supérieure et inférieure du graphène dans un seul dispositif nanomécanique, " dit Nathan Finney, un doctorat étudiant au laboratoire de Hone et co-auteur principal de l'article, publié en ligne le 30 septembre par Nature Nanotechnologie et maintenant la couverture de l'édition imprimée de novembre. "Nous avions le pressentiment qu'en agissant ainsi, nous serions en mesure de potentiellement doubler la force du super-réseau moiré en utilisant les super-réseaux moirés coexistants des interfaces supérieure et inférieure. »

L'équipe a découvert que la torsion de l'angle des couches leur permettait de contrôler à la fois la force du super-réseau moiré ainsi que sa symétrie globale, déduit des changements importants dans les propriétés électroniques du graphène observé.

Aux angles proches de l'alignement, une structure de bande de graphène fortement altérée a émergé, observable dans la formation de motifs de moiré de grande longueur d'onde coexistants qui ne se chevauchent pas. En parfait alignement, les lacunes électroniques du graphène ont été soit fortement améliorées, soit supprimées, selon que le BN supérieur rotatif était tordu de 0 ou 60 degrés. Ces évolutions des gaps électroniques correspondaient aux évolutions de symétrie attendues pour les deux configurations d'alignement - symétrie d'inversion brisée à 0 degré, et la symétrie d'inversion restaurée à 60 degrés.

"C'est la première fois que quelqu'un voit la pleine dépendance rotationnelle des super-réseaux moirés coexistants dans un seul appareil, "                                                                                                                       appliqué de Cette technologie permet le développement de capteurs nanoélectromécaniques avec des applications en astronomie, Médicament, chercher et sauver, et plus."

Les chercheurs affinent maintenant la capacité de tordre des monocouches d'une large gamme de matériaux 2D pour étudier des effets exotiques tels que la supraconductivité, ferromagnétisme induit topologiquement, et réponse optique non linéaire dans les systèmes dépourvus de symétrie d'inversion.