Des chercheurs d'IMDEA Nanociencia ont développé une méthode analytique pour expliquer la formation d'un motif de moiré 1D quasi parfait dans le graphène bicouche torsadé. Le motif, apparaissant naturellement dans les matériaux 2D empilés lorsqu'une force de déformation est appliquée, représente un ensemble de canaux pour les électrons.
Le Dr Pierre Pantaleón, chercheur au Groupe de modélisation théorique de l'IMDEA Nanociencia, s'est entretenu avec le chef du groupe, le professeur Paco Guinea, du graphène bicouche contraint, qui est constitué de deux couches de graphène empilées l'une sur l'autre et légèrement étirées par une petite force. . Pierre, un chercheur méticuleux avec un penchant pour les aides visuelles, montrait au groupe sa visualisation animée de graphène tendu lorsque Paco remarqua une anomalie qui avait échappé à l'examen minutieux de tous.
Il s’avère que lorsque le graphène bicouche est soumis à des contraintes, sa zone Brillouin (la cellule unitaire dans l’espace d’impulsion) se déforme et finit par s’effondrer dans une direction. Cette distorsion au point d'effondrement a provoqué une erreur dans le programme de visualisation de Pierre suggérant la présence d'une sorte de singularité.
En physique, les singularités, comme celle observée par les chercheurs, nécessitent une attention particulière. Ils pourraient indiquer que quelque chose ne va pas ou change, ou nécessite simplement un examen plus approfondi. Le Dr Andreas Sinner, physicien théoricien travaillant actuellement à l'Université d'Opole en Pologne, a rejoint le groupe de recherche de Paco et a commencé à chercher avec Pierre l'origine de cette singularité.
C'est la transformation simultanée dans l'espace réel qui a véritablement captivé leur attention :le graphène tendu a donné lieu à l'émergence de motifs de moiré unidimensionnels presque parfaits (canaux unidimensionnels) au sein du matériau bidimensionnel.
Auparavant, les scientifiques avaient aperçu de tels phénomènes au microscope et les considéraient comme des erreurs de conception telles que des dislocations ou des matériaux collés. Voir par exemple les travaux de McEuen (Cornell University), Mendoza (Rio de Janeiro University) ou Zhu (Columbia University).
Mais derrière ce qui semblait être des artefacts se cachaient des effets masqués. L'équipe de recherche d'IMDEA Nanociencia confirme qu'il s'agit d'un phénomène naturel dans les réseaux hexagonaux en nid d'abeilles, comme ceux du graphène, qui se produit spécifiquement lorsque deux couches sont empilées selon un léger angle de torsion et qu'une contrainte est appliquée.
La contribution la plus importante des chercheurs réside dans la découverte de solutions analytiques pour la déformation critique requise pour générer ces canaux unidimensionnels. Étonnamment, cette solution est d’une grande simplicité, puisqu’elle repose sur seulement deux variables :l’angle de torsion et le coefficient de Poisson, une constante spécifique au matériau. Ces découvertes les amènent à créer une formule mathématique unique pour décrire le phénomène, et cette formule nous donne des informations sur son origine physique.
La physique décrite dans leurs travaux, maintenant publiés dans Physical Review Letters , n'est pas nouveau, mais l'explication du phénomène en termes aussi simples – une seule expression analytique – est élégante et unique.
Les résultats ouvrent la porte à la conception de nouveaux matériaux sur des surfaces capables de présenter ces canaux unidimensionnels. Au sein de ces canaux, les électrons se retrouvent confinés, contrairement à la libre circulation dont ils font preuve dans le paysage standard du graphène 2D. Les électrons au sein de ces canaux présentent également une direction de mouvement préférentielle.
Les implications de cette découverte sont vastes, avec des applications potentielles s'étendant à d'autres matériaux, tels que les dichalcogénures, qui peuvent également être étendues à d'autres configurations géométriques.
Plus d'informations : Andreas Sinner et al, Canaux quasi-1D induits par contrainte dans des réseaux de moiré torsadés, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.166402
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique
Fourni par IMDEA Nanociencia
