29.04.2022 - Universität Innsbruck

Aperçu de l'intérieur d'un sandwich au graphène

Dans la recherche de nouveaux types de supraconducteurs, les scientifiques étudient des matériaux composés de plusieurs couches.

Une équipe dirigée par le physicien théoricien Mathias Scheurer de l'université d'Innsbruck, en Autriche, a étudié en détail les propriétés d'un système de trois couches de graphène torsadées et a obtenu des informations importantes sur ses propriétés.

Depuis la première fabrication réussie d'une structure bidimensionnelle d'atomes de carbone il y a environ 20 ans, le graphène fascine les scientifiques. Il y a quelques années, les chercheurs ont découvert que deux couches de graphène, légèrement tordues l'une contre l'autre, peuvent conduire le courant électrique sans perte. Ces dernières années, cette découverte a incité les scientifiques à explorer plus en détail ces matériaux en couches. Un exemple notable récent est le graphène tricouche torsadé à symétrie miroir, où trois couches de graphène sont empilées avec des angles de torsion alternés. Il s'agit du premier système moiré qui peut être réglé efficacement à l'aide d'un champ électrique perpendiculaire et dont il a été démontré expérimentalement qu'il présente une supraconductivité robuste, ainsi que diverses autres phases. "Cela fait du graphène tricouche une plateforme intéressante pour la physique complexe à plusieurs corps, mais la nature des isolants, des semi-métaux et de la supraconductivité induits par l'interaction reste inconnue", déclare Mathias Scheurer du département de physique théorique de l'université d'Innsbruck.

Dans un article publié dans Physical Review X, une équipe dirigée par Scheurer a étudié numériquement et analytiquement le diagramme de phase de ce système pour différents nombres d'électrons par cellule unitaire moirée et en fonction du champ électrique. "Il s'agit d'un problème très difficile car le système présente à la fois des bandes plates et des bandes hautement dispersives", explique le physicien théoricien. "Néanmoins, nous avons réussi à montrer que l'état fondamental du système en l'absence de champ se découple en un produit de l'état fondamental du graphène et de l'état fondamental du graphène bicouche torsadé", une propriété qui a ensuite été confirmée par des expériences. Leurs résultats établissent en outre la prédominance des phases isolantes et semi-métalliques en présence d'un champ électrique, qui sont propres au système tricouche, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas réalisées dans le graphène bicouche torsadé. "Nous sommes en mesure d'utiliser notre diagramme de phase résultant pour les états normaux corrélés afin de contraindre la forme du supraconducteur", déclare Scheurer. "Entre autres aspects, les deux états candidats supraconducteurs que nous obtenons sont cohérents avec la stabilité inattendue du supraconducteur dans le champ magnétique observée dans l'expérience."

La pertinence des résultats pour la physique du graphène tricouche torsadé est encore attestée par une collaboration ultérieure avec le groupe d'Abhay Pasupathy de l'université de Columbia. Dans un article récent paru dans Science, ils rapportent des données de microscopie à effet tunnel (STM) sur ce système. "Nous montrons que les spectres d'effet tunnel mesurés présentent des effets d'interaction significatifs qui peuvent être capturés qualitativement par les données numériques de notre travail", déclare Mathias Scheurer.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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