Un nuevo enfoque en los estudios de twistronics que involucra cintas de grafeno podría proporcionar a los investigadores un mejor control sobre el ángulo de torsión y facilitar el estudio de los efectos electrónicos que surgen al torcer y tensar capas adyacentes de materiales bidimensionales (2D). Los estudios anteriores de twistronics se centraban en torcer dos fragmentos de material y apilarlos, pero la nueva técnica basada en cintas permite un cambio más continuo en el ángulo de torsión, brindando un mejor control y facilitando el estudio de los efectos electrónicos.

Apilando capas de materiales 2D y variando el ángulo entre ellas, los investigadores han descubierto que pueden cambiar las propiedades electrónicas de estos materiales. Por ejemplo, una bicapa de grafeno desarrolla una banda prohibida cuando se coloca en contacto con nitruro de boro hexagonal. Esto se debe a que las capas ligeramente desajustadas de grafeno y hBN forman un superrejilla moiré, lo que permite la formación de una banda prohibida. Al torcer las capas aún más y aumentar el ángulo entre ellas, la banda prohibida desaparece.

Esta capacidad de cambiar las propiedades electrónicas sin tener que alterar la composición química del material es una dirección fundamentalmente nueva en la ingeniería de dispositivos y ha sido denominada «twistronics». Sin embargo, controlar los ángulos de torsión y la tensión asociada sigue siendo un desafío, ya que diferentes áreas de una muestra pueden tener diferentes propiedades electrónicas.

Para superar esto, los investigadores de la Universidad de Columbia colocaron una capa de grafeno en forma de cinta sobre hBN y doblaron lentamente un extremo de la cinta usando un microscopio de fuerza atómica piezoeléctrico. Esto creó un ángulo de torsión que variaba de manera continua y un perfil de tensión uniforme que podía ser predicho.

Los investigadores pudieron ajustar continuamente tanto la tensión como el ángulo de torsión, lo que les brindó un acceso sin precedentes al «diagrama de fases» de los ángulos torcidos. Este nivel de control permite mapear con precisión la dependencia de la estructura de bandas electrónicas en función del ángulo de torsión, lo cual no era posible anteriormente. Además, la nueva técnica proporciona la primera oportunidad de medir el papel de la tensión en los sistemas de grafeno de bicapa de ángulo mágico de manera reproducible y abre nuevas ideas para controlar la estructura de bandas electrónicas en sistemas de capas torcidas.

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