Desarrollan por primera vez patrones moiré cuadrados en grafeno para materiales cuánticos personalizados
Un grupo de científicos del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) junto con el IMDEA Nanociencia ha logrado crear, por primera vez y de forma controlada y reversible, patrones moiré cuadrados en grafeno apilado. Esto se consiguió combinando el giro entre capas con una deformación mecánica aplicada.
Este avance, divulgado en la revista Physical Review Letters, representa una nueva vía para diseñar materiales cuánticos personalizados y para explorar propiedades electrónicas inéditas en sistemas bidimensionales, según detalló el centro universitario en un comunicado oficial.
Los patrones moiré surgen cuando dos láminas de grafeno se superponen con un pequeño ángulo de giro, generando una interferencia que transforma significativamente las propiedades electrónicas del material. Hasta ahora, estos patrones solo se habían observado con geometrías triangulares, limitadas por la estructura hexagonal del grafeno.
- Creación de patrones moiré cuadrados
- Método y experimento
- Resultados y características electrónicas
- Implicaciones y ampliación del estudio
Creación de patrones moiré cuadrados
El equipo liderado por Iván Brihuega y Pierre A. Pantaleón superó esta restricción al combinar el giro entre las capas con una deformación mecánica controlada. A esta técnica la denominaron "twistraintrónica".
Método y experimento
Para realizar el experimento usaron grafeno obtenido a partir de la descomposición térmica del carburo de silicio, proceso que provoca pequeñas arrugas debido a diferencias en la expansión térmica. Estas arrugas sirvieron como palancas para inducir deformaciones mediante la punta de un microscopio de efecto túnel (STM), con el que se desplazaron lateralmente más de 100 nanómetros.
Como consecuencia, el patrón moiré triangular se transformó de forma reversible en un patrón cuadrado en áreas adyacentes. Al eliminar la deformación, el sistema retornó a su configuración original, demostrando que el proceso es controlable y reversible.
Resultados y características electrónicas
Las mediciones espectroscópicas indicaron que en las regiones con patrón cuadrado, los electrones se concentran en bandas de energía muy estrechas situadas en el nivel de Fermi. Además, se detectaron singularidades de Van Hove, asociadas con una alta densidad de estados electrónicos y fuertes interacciones entre los mismos.
Brihuega destacó que, por primera vez, se observa experimentalmente que la combinación de giro y tensión permite alcanzar regímenes electrónicos fuertemente correlacionados en geometrías antes inaccesibles.
Implicaciones y ampliación del estudio
El modelo teórico desarrollado por el equipo del IMDEA Nanociencia, liderado por Francisco Guinea, reproduce los resultados experimentales y atribuye la formación del patrón cuadrado a una combinación específica de giro y deformación de cizalla, que minimiza la energía elástica del sistema.
Los investigadores señalan que esta metodología podría aplicarse a otros materiales bidimensionales, como el disulfuro de molibdeno o el nitruro de boro hexagonal, ampliando así las posibilidades de la twistraintrónica para diseñar nuevos materiales cuánticos.
Además, la capacidad de inducir y revertir estos cambios en una misma muestra permite estudiar la respuesta del sistema en tiempo real, sin necesidad de fabricar dispositivos adicionales.
Finalmente, los autores subrayan que las condiciones electrónicas observadas —alta densidad de estados en el nivel de Fermi, fuerte interacción entre electrones y localización electrónica— son similares a las del grafeno con ángulo mágico, en el que se ha observado superconductividad no convencional, abriendo la posibilidad de detectar nuevas formas de este fenómeno en geometrías distintas.