Un grupo de investigación del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del IMDEA Nanociencia ha conseguido, por primera vez, generar patrones moiré de forma cuadrada en grafeno apilado, de manera controlada y reversible. Este logro combina el giro entre capas con deformación mecánica.
El hallazgo, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, marca un antes y un después en el diseño de materiales cuánticos a medida y en la exploración de propiedades electrónicas nunca antes vistas en sistemas bidimensionales, según informó la universidad en un comunicado oficial.
Cuando dos láminas de grafeno se superponen con un leve ángulo de giro, se forma un patrón de interferencia a gran escala conocido como moiré. Este patrón altera de manera significativa las cualidades electrónicas del material. Hasta el momento, estos diseños se limitaban exclusivamente a geometrías triangulares, dictadas por la estructura hexagonal natural del grafeno.
El equipo, encabezado por los investigadores Iván Brihuega y Pierre A. Pantaleón, ha logrado superar esa barrera. Lo hicieron combinando el giro entre capas con una deformación mecánica controlada, una estrategia que han bautizado como “twistraintrónica”.
¿Cómo se logró el patrón cuadrado?
Para llevar a cabo el experimento, los científicos emplearon grafeno obtenido mediante descomposición térmica de carburo de silicio. Este método genera pequeñas arrugas en el material debido a diferencias en la expansión térmica. Dichas arrugas fueron utilizadas como palancas para inducir deformaciones, usando la punta de un microscopio de efecto túnel (STM). Esto permitió desplazar las arrugas lateralmente más de 100 nanómetros.
Como resultado, el patrón moiré triangular se transformó de forma reversible en un patrón cuadrado en las zonas adyacentes. Cuando se retiró la deformación, el sistema recuperó su configuración original, lo que demuestra el carácter controlable del proceso.
Propiedades electrónicas inéditas
Las mediciones espectroscópicas revelaron que, en estas regiones cuadradas, los electrones se concentran en bandas de energía muy estrechas ubicadas en el nivel de Fermi. Además, se detectó la aparición de singularidades de Van Hove, asociadas a una alta densidad de estados electrónicos y a fuertes interacciones entre electrones.
“Esta es la primera vez que se observa experimentalmente que la combinación de giro y tensión permite acceder a regímenes electrónicos fuertemente correlacionados en geometrías que antes eran completamente inaccesibles”, señaló Brihuega.
El modelo teórico desarrollado por el equipo del IMDEA Nanociencia, liderado por Francisco Guinea, reproduce los resultados experimentales. Este modelo atribuye la aparición del patrón cuadrado a una combinación específica de giro y deformación de cizalla que minimiza la energía elástica del sistema.
Futuro de la twistraintrónica
Los investigadores destacan que este enfoque podría aplicarse a otros materiales bidimensionales, como el disulfuro de molibdeno o el nitruro de boro hexagonal. Esto ampliaría las posibilidades de la twistraintrónica como plataforma para el diseño de nuevos materiales cuánticos.
Además, la capacidad de inducir y revertir estos cambios en una misma muestra permite estudiar en tiempo real la respuesta del sistema, sin necesidad de fabricar nuevos dispositivos.
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 de ángulo mágico, donde se ha observado superconductividad no convencional. Esto abre la puerta a nuevas formas de este fenómeno en geometrías distintas.
Fuente: Infobae