O método da superrede Kagome oferece uma nova maneira de ajustar as propriedades eletrônicas do grafeno

Uma equipe de pesquisa introduziu um novo método para ajustar seletivamente bandas eletrônicas em grafeno. Suas descobertas, publicadas em Cartas de revisão físicamostram o potencial dos campos de super-redes artificiais para manipular diferentes tipos de dispersões de banda no grafeno.

Métodos tradicionais de engenharia de bandas, como heteroestruturas, deformação interfacial e ligas, têm limitações, particularmente em fornecer controle in situ e contínuo sobre as estruturas de banda projetadas. O advento dos materiais de van der Waals (vdW), especialmente o grafeno, abriu novos caminhos para a engenharia de estruturas de bandas por meio de heteroestruturas de gating e moiré, que podem modificar bandas de energia e levar a vários fenômenos físicos emergentes.

O principal desafio está no controle preciso e na manipulação de estruturas de bandas para atingir propriedades eletrônicas específicas. Métodos anteriores eram menos flexíveis e não tinham a capacidade de modificar ativa e seletivamente as características de dispersão das bandas.

Para abordar os desafios, esta pesquisa introduz um método de mudança de paradigma de engenharia de bandas, criando uma superrede kagome artificial para manipular as bandas de Dirac no grafeno. A superrede kagome é projetada com um grande período de 80 nm, que é essencial para dobrar e comprimir várias bandas de alta energia em um regime de baixa energia que pode ser observado e manipulado experimentalmente.

A principal inovação do estudo está no uso de um potencial de alta ordem dentro da superrede kagome. Esse potencial permite a reconstrução de estruturas de banda por meio de diferentes contribuições, levando à modulação de banda seletiva de dispersão. Os pesquisadores fabricaram o dispositivo de rede artificial usando técnicas de montagem padrão de van der Waals e litografia de feixe de elétrons, criando um padrão de rede kagome que funciona como um portão local para o grafeno.

Ao ajustar independentemente a voltagem aplicada ao gate local e ao substrato de silício dopado, os pesquisadores conseguiram controlar finamente tanto a força do potencial artificial quanto a densidade de portadora no grafeno. O potencial kagome de alta ordem permitiu que os pesquisadores observassem e manipulassem a redistribuição do peso espectral entre múltiplos picos de Dirac.

Além disso, a aplicação de um campo magnético demonstrou efetivamente enfraquecer o impacto da superrede na estrutura da banda, reativando a banda intrínseca de Dirac. Essa descoberta fornece um botão adicional para controlar as propriedades eletrônicas do material.

Concluindo, a abordagem inovadora apresentada no estudo, alavancando uma superrede kagome artificial, oferece controle sem precedentes sobre a engenharia de estrutura de banda. Este método não apenas avança a capacidade do campo para manipulação precisa de propriedades eletrônicas, mas também abre novos caminhos para a descoberta de novos fenômenos físicos e materiais com funcionalidades projetadas.

A equipe foi liderada pelo Prof. Zeng Changgan da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), que colaborou com o Prof. Sheng Junyuan da Universidade de Wuhan e o Prof. Francisco Guinea do IMDEA Nanociencia na Espanha.