Las capas retorcidas de MoS₂ permiten la ingeniería de nuevos estados de la materia
"Estos materiales retorcidos son fascinantes, ya que pueden utilizarse para diseñar nuevas propiedades electrónicas con una flexibilidad sin precedentes"
Un equipo de investigadores de Alemania, China y Estados Unidos ha descubierto que dos capas retorcidas de MoS₂ pueden utilizarse para controlar las escalas de energía cinética en los sólidos. Además de utilizar el ángulo de torsión para controlar las propiedades electrónicas del material, los investigadores han demostrado ahora que los electrones del MoS₂ pueden interferir de forma destructiva, deteniendo su movimiento en determinadas trayectorias. Esta propiedad permite diseñar estados magnéticos exóticos.
El hueco de carga que surge en el MoS₂ retorcido al disminuir el ángulo de torsión (aumentando U/t). A medida que la brecha de carga crece, las fases magnéticas se estabilizan. Esto, a su vez, da lugar a un magnetismo cuántico exótico en el MoS₂ retorcido.
Martin Claassen
El trabajo realizado por científicos del Instituto Max Planck de Estructura y Dinámica de la Materia de Hamburgo, la RWTH de Aquisgrán, la Universidad de Colonia, el Laboratorio de Materiales del Lago Songshan, el Centro de Física Cuántica Computacional (CCQ) de Nueva York y la Universidad de Pensilvania se ha publicado en Nature Communications.
En los últimos años, los materiales bidimensionales (2D) apilados con un giro relativo entre sí (conocidos como "materiales van der Waals retorcidos"), han revolucionado la investigación en materia condensada. Dependiendo del ángulo de torsión relativo, las redes cristalinas forman un patrón de interferencia mayor -el llamado patrón de muaré- que puede cambiar las funciones de onda electrónicas en los sólidos. "Estos materiales retorcidos son fascinantes, ya que pueden utilizarse para diseñar nuevas propiedades electrónicas con una flexibilidad sin precedentes", explica Lede Xian, autor principal del estudio. "Esto se debe a que el ángulo de torsión ofrece una forma eficaz de dificultar la movilidad de los electrones". Recientemente, este efecto se desplegó con éxito para demostrar la superconductividad controlada por el ángulo de torsión, el comportamiento aislante e incluso fenómenos más exóticos como las fases Hall cuánticas anómalas. Este avance ha desencadenado una avalancha de trabajos de investigación sobre el fascinante tema de la ingeniería de nuevas propiedades del estado sólido utilizando la torsión, muchos de ellos iniciados en el MPSD.
Ahora, sin embargo, el equipo internacional de investigación ha puesto en el punto de mira un nuevo material bidimensional: El MoS₂, o disulfuro de molibdeno. "El aspecto novedoso y bastante sorprendente en el MoS₂ retorcido es el hecho de que la interferencia cuántica puede modificar aún más las propiedades electrónicas de los sólidos", afirma Dominik Kiese, estudiante de doctorado de la Universidad de Colonia. "Hemos desvelado que, al menos para ciertos estados electrónicos, el movimiento de los electrones en el MoS₂ retorcido puede interferir de tal manera que efectivamente dejan de moverse casi por completo". Este nuevo efecto se suma a las oportunidades de ingeniería que ofrece la torsión. Se asemeja al comportamiento encontrado en modelos prototípicos como la red de Lieb, que han acaparado una enorme atención en el pasado, pero que han sido difíciles de realizar en sólidos hasta ahora. Utilizando la torsión de las capas de MoS₂ y sintonizando con un régimen dominado por las correlaciones, es posible acceder a nuevos estados de la materia, como tipos exóticos de magnetismo. Se trata de una forma nueva y diferente de diseñar propiedades electrónicas, como ha demostrado el equipo de investigación.
"Hemos demostrado que la ingeniería del moiré puede utilizarse para proporcionar una plataforma basada en la materia condensada para otra clase de modelos de hamiltonianos prototípicos", afirma Dante Kennes, profesor de la Universidad RWTH de Aquisgrán. Dada la profusión de materiales entre los que se puede elegir, es posible que aún queden por descubrir muchos efectos novedosos, añade el director de la Teoría MPSD, Ángel Rubio: "Estos materiales son tan versátiles, ya que presentan tipos muy diferentes de propiedades electrónicas o estructurales, escalas de interacción u órbitas de espín, así como geometrías de red, que está claro que sólo estamos al principio de un largo y apasionante viaje para explorar todo su potencial". El trabajo del equipo supone un paso importante en este camino".
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