Pesquisadores do estado do Texas investigam tecnologia de nanomateriais

A pesquisa em nanomateriais é um dos campos de estudo científico mais dinâmicos do mundo atualmente. No nível atômico, materiais e compostos comuns podem ser organizados e combinados de novas maneiras para produzir novas propriedades que não existiam anteriormente, mas o acesso a essas propriedades quando materiais díspares são combinados tem se mostrado difícil.

Uma nova pesquisa conduzida em parte na Texas State University mostrou que camadas empilhadas de nitreto de boro hexagonal (hBN) podem produzir um potencial elétrico periódico que é ajustável (potencial moiré). O potencial moiré pode alterar dramaticamente o estado dos elétrons, levando a propriedades eletrônicas e ópticas exóticas, como a supercondutividade.

A sintonização do potencial moiré permite que os materiais alcancem uma gama mais ampla de novos estados eletrônicos.

Uma equipe de pesquisadores liderada por Yoichi Miyahara, professor assistente do Departamento de Física e parte do Programa de Ciência, Engenharia e Comercialização de Materiais da Texas State, e Xiaoqin Elaine Li, professora do Departamento de Física e Centro de Quant Complex da a Universidade do Texas em Austin alcançou este avanço significativo. Um estudante de pós-graduação, Dong Seob Kim, do Departamento de Física e Centro de Sistemas Quânticos Complexos da Universidade do Texas em Austin, é o autor principal, com os estudantes de pós-graduação em física do estado do Texas, Roy C. Dominguez, Rigo Mayorga-Luna e Mitchell Ford contribuindo no estudo “Potencial moiré eletrostático de camadas hBN torcidas”, publicado na revista Nature Materials (nature.com/articles/s41563-023-01637-7). O hBN é um dos nanomateriais mais importantes utilizados em pesquisa. Dispostos em folhas bidimensionais com apenas um átomo de espessura, conhecidos como materiais de van der Waals, o material excepcionalmente fino é comumente usado como substrato isolante para optoeletrônica. Os dispositivos optoeletrônicos aproveitam a mecânica quântica e os efeitos físicos que a luz tem sobre os materiais em nível atômico ou subatômico.

Os materiais de van der Waals empilhados verticalmente hospedam uma ampla gama de fases eletrônicas correlacionadas que podem mostrar características valiosas em nanomateriais.

Os pesquisadores demonstram que as camadas de hBN, quando empilhadas com um ângulo de torção (t-hBN), apresentam sintonia em seu potencial eletrônico periódico, acessando assim uma gama maior de fases eletrônicas correlacionadas do material.

Quando dois cristais com orientações ligeiramente diferentes são sobrepostos, eles criam um padrão moiré, que é uma nova estrutura semelhante a uma rede em maior escala que emerge da interferência das redes cristalinas originais. Como um potencial elétrico periódico modifica o comportamento dos elétrons nos materiais, a capacidade de produzir um potencial periódico com período e profundidade ajustáveis ​​é um elemento chave para alcançar novas propriedades interessantes do material. O t-hBN pode ser potencialmente usado para induzir propriedades de materiais exóticos em outros materiais de van der Waals, que incluem grafeno e dichalcogenetos de metais de transição quando colocados na camada de t-hBN empilhada.