Crédit :Zhang et al.
Lorsque deux couches de graphène ou d'autres matériaux bidimensionnels (2D) sont empilées l'une sur l'autre avec un petit désalignement angulaire, les réseaux cristallins produits par chaque couche sont spatialement "désynchronisés". Il en résulte un motif structurel unique connu sous le nom de super-réseau moiré.
Ces dernières années, de nombreux physiciens ont étudié les propriétés et les caractéristiques des super-réseaux moirés, car ils se sont révélés particulièrement prometteurs pour le développement de nouvelles technologies quantiques. La plupart de ces études se sont concentrées sur le graphène bicouche torsadé, un matériau composé de deux couches de graphène empilées l'une sur l'autre et tournées selon un petit angle de torsion.
Des chercheurs de l'Université du Minnesota et de l'Université de Harvard ont récemment mené une étude sur les propriétés du graphène tricouche torsadé, qui se compose de trois couches empilées de graphène avec deux petits angles de torsion consécutifs. Leur article, publié dans Physical Review Letters , offrent des preuves d'états isolants corrélés et de la signature de transport de la supraconductivité dans le matériau.
"Il a été précédemment démontré que le graphène bicouche torsadé peut devenir supraconducteur avec un angle de torsion réglé avec précision", a déclaré Ke Wang, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys.org. "Les bicouches torsadées sont hautement ajustables en termes de paramètres matériels et d'électrostatique, ce qui permet de nouvelles perspectives pour comprendre la physique des électrons corrélés et promet de nouvelles applications potentielles en électronique quantique."
En ajoutant une troisième couche de graphène, Wang et ses collègues ont produit une structure qu'ils ont surnommée le super-réseau « moiré de moiré ». Ils ont ensuite examiné cette structure et tenté de mieux comprendre ses propriétés et ses caractéristiques.
"Notre travail récent ajoute un 3 ème couche de graphène pour former une tricouche torsadée ", a expliqué Wang. " Les deux super-réseaux des couches 1-2 et 2-3 sont à nouveau "désynchronisés", donnant lieu à un super-réseau d'ordre supérieur, auquel nous nous référons comme 'moiré de moiré super-réseau'. Nous refroidissons ensuite le système à basse température (10 mK - 20 K) et étudions son comportement de transport électronique."
Le "moiré du super-réseau de moiré" d'ordre supérieur dans le graphène à trois couches torsadées semble présenter une physique très complexe, à la fois structurellement et électroniquement. Par exemple, le matériau présente la signature de transport de la supraconductivité à une densité électronique extrêmement faible (~ 10 10 cm -2 ), deux ordres de grandeur plus petits que les densités d'électrons rapportées dans des articles précédents.
"Nos résultats expérimentaux jettent également un nouvel éclairage important sur la compréhension de la supraconductivité dans le graphène", a déclaré Wang. "On croyait auparavant que les électrons devaient être énergétiquement isolés avant de pouvoir donner lieu à la supraconductivité dans le graphène, mais notre expérience semble suggérer le contraire."
À l'avenir, le nouveau matériau étudié par cette équipe de chercheurs pourrait s'avérer très précieux pour la fabrication de nouvelles technologies, notamment l'électronique quantique et les plates-formes informatiques. De plus, les découvertes recueillies par Wang et ses collègues pourraient inspirer d'autres équipes de recherche à étudier également le potentiel du graphène à trois couches torsadées ou d'autres systèmes susceptibles de donner lieu à un super-réseau de "moiré de moiré".
"Le matériau que nous avons dévoilé pourrait être un supraconducteur atomiquement propre prometteur qui peut être réglé électrostatiquement avec un changement de densité de porteurs extrêmement faible, ce qui est souhaitable pour les futurs appareils électroniques quantiques", a ajouté Wang. "Pour mieux comprendre ses applications potentielles, nous prévoyons maintenant d'étudier les propriétés structurelles du graphène à trois couches torsadées à l'aide de diverses techniques de microscopie et de fabriquer des nanostructures définies par la porte pour sonder et manipuler de nouveaux phénomènes quantiques qui pourraient découler du système."
© 2021 Réseau Science X Des chercheurs observent des excitations collectives interbandes dans le graphène bicouche torsadé
