Tecnologia Científica

Do comportamento convencional ao estranho do metal em grafeno de bicamada torcida com ângulo mágico
o estudo da equipe mostra que esse comportamento se estende a temperaturas muito abaixo da temperatura de Bloch-Grüneisen, enquanto o sistema tem uma temperatura de Fermi finita. Além disso, suas descobertas destacam...
Por Ingrid Fadelli - 27/04/2022


Uma imagem óptica do dispositivo criada pelos pesquisadores. Crédito: Jaoui et al.

O grafeno de bicamada torcida de ângulo mágico (MATBG) é um material à base de grafeno com uma estrutura única, consistindo de duas folhas de grafeno em camadas uma sobre a outra com um desalinhamento de aproximadamente 1,1°. Esta estrutura única foi encontrada para hospedar vários estados interessantes, incluindo estados isolantes correlacionados e supercondutividade não convencional.

Estudos anteriores examinando o MATBG também revelaram o surgimento do que é conhecido como um regime metálico "estranho" na proximidade da cúpula supercondutora, bem como um acoplamento elétron-fônon significativamente aprimorado . Embora essas observações tenham sido confirmadas por trabalhos posteriores, os mecanismos exatos que as sustentam permanecem obscuros.

Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Barcelona, ​​do Instituto Nacional de Ciências dos Materiais e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) recentemente examinaram mais de perto essas propriedades do MATBG usando um diagrama de fases de baixa temperatura diferente dos utilizados em trabalhos anteriores. . Seu artigo, publicado na Nature Physics , reuniu novas informações valiosas sobre o comportamento crítico quântico do material.

"Os primeiros relatórios sobre as propriedades de transporte elétrico do grafeno de bicamada torcida revelaram duas características fascinantes: o surgimento de um chamado regime de metal 'estranho' nas proximidades da cúpula supercondutora e um acoplamento elétron-fônon nitidamente aprimorado ", Alexandre Jaoui, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse Phys.org. "Ainda assim, ambas as características compartilham, sob certas condições, uma assinatura comum: uma resistividade linear em temperatura. , na região de baixa temperatura, apontando para a existência de centros de espalhamento adicionais afetando portadores de carga?"

As respostas para essas perguntas até agora elusivas só podem ser encontradas examinando o MATBG em baixas temperaturas, onde os fônons (ou seja, quasipartículas associadas a ondas como som ou vibração) são suprimidos. Nos dispositivos MATBG relatados na literatura anterior, no entanto, o estado fundamental metálico era tipicamente oculto por uma série de transições de fase.

"Nós propusemos aproveitar nossos dispositivos 'selecionados' , nos quais os isoladores correlacionados são suprimidos, para estudar o grafeno de ângulo mágico com um diagrama de fases de baixa temperatura muito mais simples: uma única cúpula supercondutora encerrada em uma fase metálica", explicou Jaoui. . "Isso nos permitiu focar no último estado."
 
Para fabricar sua estrutura MATBG, Jaoui e seus colegas usaram um método de 'cortar e empilhar' frequentemente usado por equipes de pesquisa que examinam heteroestruturas 2D. Para encapsular o dispositivo, eles usaram uma fina camada de nitreto de boro hexagonal (hBN).

“A proximidade das camadas de grafeno ao portão metálico nos permite suprimir os estados isolantes de baixa temperatura e, assim, concede mais acesso ao estado fundamental metálico”, disse Jaoui. "Em seguida, coletamos medições usando técnicas convencionais de transporte quântico (ou seja, transporte elétrico DC)."

As medições coletadas por Jaoui e seus colegas confirmaram a ocorrência do mesmo comportamento 'estranho' do metal relatado em estudos anteriores (ou seja, uma resistividade linear em T com uma taxa de espalhamento Planckiana). No entanto, o estudo da equipe mostra que esse comportamento se estende a temperaturas muito abaixo da temperatura de Bloch-Grüneisen, enquanto o sistema tem uma temperatura de Fermi finita. Além disso, suas descobertas destacam uma assinatura adicional de metalicidade estranha, ou seja, uma magnetoresistência linear aprimorada.

“Talvez a parte mais interessante deste estudo, no entanto, seja a recuperação do comportamento arquetípico de um metal diluído e correlacionado desordenado, o comportamento líquido de Fermi, longe da cúpula supercondutora”, disse Jaoui. “Esta evolução sugere que as flutuações de natureza ainda a ser determinada dominam o estado fundamental metálico nas proximidades da cúpula supercondutora e impulsionam a resistividade linear de baixa temperatura”.

No geral, as descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores sugerem que as flutuações quânticas e a supercondutividade no MATBG podem estar relacionadas. No futuro, seu trabalho pode inspirar novos estudos examinando essa possibilidade e a fase quântica crítica observada neste estudo.

"Agora estamos investigando a evolução do estado fundamental metálico em função do 'ângulo de torção' do grafeno de bicamada torcida", acrescentou Jaoui. "Isso é, de uma maneira muito simplista, um botão que ajusta a força das correlações eletrônicas. Em breve publicaremos mais relatórios sobre o estado fundamental metálico do grafeno de bicamada torcida ."

 

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