Cuando dos capas bidimensionales atómicamente delgadas se apilan una encima de la otra y se hace girar una capa contra la segunda capa, comienzan a producir patrones, los patrones moiré familiares, que ninguna de las capas puede generar por sí mismay que facilitan el paso de la luz y los electrones, permitiendo materiales que exhiben fenómenos inusuales. Por ejemplo, cuando se superponen dos capas de grafeno y el ángulo entre ellas es de 1.1 grados, el material se convierte en un superconductor.
"Es un poco como pasar un viñedo y mirar por la ventana las filas del viñedo. De vez en cuando, no ves filas porque estás mirando directamente a lo largo de una fila", dijo Nathaniel Gabor, profesor asociado en elDepartamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Riverside. "Esto es similar a lo que sucede cuando dos capas atómicas se apilan una encima de la otra. En ciertos ángulos de giro, todo está permitido energéticamente.para posibilidades interesantes de transferencia de energía "
Este es el futuro de los nuevos materiales que se sintetizan al retorcer y apilar capas atómicamente delgadas, y todavía está en la etapa de "alquimia", agregó Gabor. Para poner todo bajo un mismo techo, él y el físico Justin CW Song de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, han propuesto que este campo de investigación se denomine "metamateriales cuánticos de electrones" y acaban de publicar un artículo en perspectiva en Nanotecnología de la naturaleza .
"Destacamos el potencial de diseñar matrices periódicas sintéticas con tamaños de características por debajo de la longitud de onda de un electrón. Dicha ingeniería permite que los electrones se manipulen de formas inusuales, lo que resulta en un nuevo rango de metamateriales cuánticos sintéticos con respuestas no convencionales", dijo Gabor.
Los metamateriales son una clase de material diseñado para producir propiedades que no se producen de forma natural. Los ejemplos incluyen dispositivos de ocultación óptica y superentes similares a las lentes de Fresnel que usan los faros. La naturaleza también ha adoptado tales técnicas, por ejemplo, enEl color único de las alas de mariposa: para manipular los fotones a medida que se mueven a través de estructuras a nanoescala.
"A diferencia de los fotones que apenas interactúan entre sí, sin embargo, los electrones en metamateriales estructurados de longitud de onda inferior están cargados, e interactúan fuertemente", dijo Gabor. "El resultado es una enorme variedad de fenómenos emergentes y clases radicalmente nuevas de metamateriales cuánticos interactuando."
Gabor y Song fueron invitados por Nanotecnología de la naturaleza para escribir un artículo de revisión. Pero la pareja eligió profundizar y exponer la física fundamental que puede explicar gran parte de la investigación en metamateriales cuánticos de electrones. En su lugar, escribieron un documento de perspectiva que visualiza el estado actual del campo y discute sufuturo.
"Los investigadores, incluso en nuestros propios laboratorios, estaban explorando una variedad de metamateriales, pero nadie le había dado un nombre al campo", dijo Gabor, quien dirige el laboratorio de Optoelectrónica de Materiales Cuánticos en la UCR. "Esa fue nuestra intención al escribir elperspectiva. Somos los primeros en codificar la física subyacente. En cierto modo, estamos expresando la tabla periódica de este nuevo y emocionante campo. Ha sido una tarea hercúlea codificar todo el trabajo realizado hasta ahora y presentar unimagen unificadora. Las ideas y los experimentos han madurado, y la literatura muestra que ha habido un rápido progreso en la creación de materiales cuánticos para electrones. Era hora de controlar todo bajo un mismo paraguas y ofrecer una hoja de ruta a los investigadores para categorizar el trabajo futuro ".
En la perspectiva, Gabor y Song recopilan ejemplos tempranos en metamateriales de electrones y destilan estrategias de diseño emergentes para el control electrónico de ellos. Escriben que uno de los aspectos más prometedores del nuevo campo ocurre cuando los electrones en muestras de estructura de longitud de onda inferior interactúan para exhibircomportamiento emergente inesperado.
"El comportamiento de la superconductividad en el grafeno bicapa retorcido que surgió fue una sorpresa", dijo Gabor. "Muestra, notablemente, cómo las interacciones electrónicas y las características de la longitud de onda inferior pueden trabajar juntas en metamateriales cuánticos para producir fenómenos radicalmente nuevos. Esejemplos como este que pintan un futuro emocionante para los metamateriales electrónicos. Hasta ahora, solo hemos preparado el escenario para una gran cantidad de nuevos trabajos por venir ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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