Les électrons dans les matériaux ont une propriété connue sous le nom de « spin, " qui est responsable d'une variété de propriétés, dont le plus connu est le magnétisme. Aimants permanents, comme ceux utilisés pour les portes de réfrigérateur, ont tous les spins de leurs électrons alignés dans la même direction. Les scientifiques appellent ce comportement le ferromagnétisme, et le domaine de recherche consistant à essayer de manipuler le spin en tant que spintronique.

Dans le monde quantique, les tours peuvent s'arranger de manière plus exotique, donnant lieu à des états frustrés et à des aimants intriqués. De façon intéressante, une propriété similaire à spin, connue sous le nom de "la vallée, " apparaît dans les matériaux de graphène. Cette caractéristique unique a donné naissance au domaine de la valleytronics, qui vise à exploiter la propriété de la vallée pour la physique émergente et le traitement de l'information, tout comme la spintronique repose sur la physique du spin pure.

"Valleytronics permettrait potentiellement de coder des informations dans le degré de liberté de la vallée quantique, similaire à la façon dont l'électronique le fait avec la charge et la spintronique avec le spin." Explique le professeur Jose Lado, du Département de physique appliquée d'Aalto, et l'un des auteurs de l'ouvrage. "Quoi de plus, les dispositifs valleytronic offriraient une augmentation spectaculaire des vitesses de traitement par rapport à l'électronique, et avec une stabilité beaucoup plus élevée vis-à-vis du bruit de champ magnétique par rapport aux dispositifs spintroniques."

Structures en rotation, les matériaux ultra-minces fournissent une plate-forme à semi-conducteurs riche pour la conception de nouveaux dispositifs. En particulier, il a récemment été démontré que des couches de graphène légèrement tordues ont des propriétés non conventionnelles intéressantes, qui peut finalement conduire à une nouvelle famille de matériaux pour les technologies quantiques. Ces états non conventionnels qui sont déjà explorés dépendent de la charge électrique ou du spin. La question ouverte est de savoir si la vallée peut également conduire à sa propre famille d'états passionnants.

Fabrication de matériaux pour valleytronics

Pour cet objectif, il s'avère que les ferroaimants conventionnels jouent un rôle essentiel, pousser le graphène dans les domaines de la physique des vallées. Dans un ouvrage récent, doctorat étudiant Tobias Wolf, avec les Profs. Oded Zilberberg et Gianni Blatter à l'ETH Zurich, et le professeur Jose Lado de l'Université Aalto, a montré une nouvelle direction pour la physique corrélée dans les matériaux magnétiques de van der Waals.

L'équipe a montré que la prise en sandwich de deux couches de graphène légèrement tournées entre un isolant ferromagnétique offre un cadre unique pour de nouveaux états électroniques. La combinaison de ferroaimants, l'ingénierie de torsion du graphène, et les effets relativistes forcent la propriété de "vallée" à dominer le comportement des électrons dans le matériau. En particulier, les chercheurs ont montré comment ces états de vallée uniquement peuvent être réglés électriquement, fournir une plate-forme de matériaux dans laquelle des états de vallée uniquement peuvent être générés. S'appuyant sur la récente percée de la spintronique et des matériaux de van der Waals, La physique des vallées dans les multicouches magnétiques torsadées de van der Waals ouvre la porte au nouveau domaine de la valletronics torsadée corrélée.

"La démonstration de ces états représente le point de départ vers de nouveaux états exotiques de vallées enchevêtrées." a dit le professeur Lado, "Finalement, l'ingénierie de ces états de vallée peut permettre de réaliser des liquides de vallée intriqués quantiques et des états Hall de vallée quantique fractionnaires. Ces deux états exotiques de la matière n'ont pas encore été trouvés dans la nature, et ouvrirait des possibilités passionnantes vers une plate-forme potentiellement nouvelle basée sur le graphène pour l'informatique quantique topologique. »

Le papier, "Spontaneous valley spirals in Magneticly encapsuled twisted bilayer graphene" est publié dans la revue Lettres d'examen physique .