Des chercheurs de l'Université d'Anvers rapportent comment des modulations périodiques d'ordre supérieur appelées supermoiré causées par l'encapsulation de graphène entre du nitrure de bore hexagonal affectent les propriétés électroniques et structurelles du graphène, comme l'ont révélé trois expériences indépendantes récentes.

Des échantillons de graphène de haute qualité sont d'une grande importance pour l'obtention et l'exploitation de ses propriétés théoriquement décrites. L'utilisation d'un substrat adéquat réduit l'ondulation et améliore les propriétés du graphène autrement limitées par les désordres. Le nitrure de bore hexagonal (hBN) est un choix particulièrement judicieux, car il préserve parfaitement la structure du graphène tout en offrant une surface isolante plane.

Toujours, ceci ne s'applique que si les deux monocouches sont désalignées. Autrement, l'interaction de van der Waals induit une relaxation structurelle à l'échelle du moiré formé entre les deux couches et modifie les propriétés électroniques dues à la perturbation périodique du moiré. Des arguments similaires s'appliquent si le graphène est encapsulé et étroitement aligné sur deux couches hBN. Dans ce cas, l'effet est renforcé puisque les deux couches sont censées contribuer. Par ailleurs, un alignement étroit de l'ordre de 0,5 degré entre les couches est responsable de l'apparition d'une nouvelle forme de modulation périodique du supermoiré, qui modifie le graphène à plus grande échelle spatiale mais à plus petite échelle énergétique. Les observations expérimentales récentes de tels effets sont la conséquence d'améliorations significatives des techniques de manipulation expérimentale, et entre autres, la possibilité de faire pivoter des couches individuelles avec une grande précision (Wang et al. 2019a; Wang et al. 2019b; Finney et al. 2019).

Dans leur article publié le 21 janvier dans Lettres nano , Anđelković et al. révéler dans quelles conditions apparaît l'effet surmoiré, et comment il modifie les propriétés structurelles et électroniques du graphène. Ils montrent, à partir d'une hétérostructure rigide hBN/graphène/hBN, comment le surmoiré apparaît comme une simple considération géométrique. Par ailleurs, ils prouvent que les effets de relaxation dans les trois couches devraient améliorer les effets sur la structure de bande électronique. Les modifications induites par le surmoiré sont importantes :Nouveau, batterie faible, des sous-bandes plates et des points de Dirac apparaissent, avec un fort effet sur les propriétés de transport électronique. Dans la plupart des configurations, les pointes de Dirac sont écartées, tandis que les bandes plates devraient améliorer les corrélations électron-électron. « Ces nouveaux degrés de liberté de torsion dans les hétérostructures ouvrent de nouvelles voies de recherche fondamentale en graphène, où de fortes corrélations électroniques devraient compléter les propriétés déjà superlatives du graphène, '', a déclaré le Dr Lucian Covaci.

"L'ensemble de simulations numériques multi-échelles développé par l'équipe de l'Université d'Anvers permet des modèles plus réalistes, ce qui permettra à son tour une comparaison plus directe avec les observations expérimentales, '' a déclaré le Dr Miša Anđelković, un co-développeur de Pybinding, le logiciel open source très contraignant qui a rendu les simulations possibles.

Avec un nouvel éclairage sur la compréhension du comportement plus complexe et interférant des hétérostructures de van der Waals, il est possible d'ajuster finement les propriétés électroniques du graphène et d'atteindre des régimes où des phénomènes de torsion induits, comme des bandes plates ou l'apparition de mini-gaps, se révèlent plus clairement.