Orienteret hexagonal bornitrid fremmer ny type informationsbærer

Nutidens computere bruger tilstedeværelsen eller fraværet af ladning (0'er og 1'er) til at kode information, hvor den fysiske bevægelse af ladninger forbruger energi og forårsager varme. Et nyt alternativ er at udnytte det bølgekvanteantal af elektroner, hvormed informationskodning er mulig uden fysisk at flytte bærerne. Denne undersøgelse viser, at manipulation af bølgekvantetallet er mulig ved at kontrollere stablingskonfigurationen og orienteringen af ​​forskellige todimensionelle materialer.

Valleytronics giver anledning til dalstrøm, en stald, dissipationsfri strøm, der drives af et pseudomagnetisk felt, Bærkrumning. Dette muliggør igen valleytronics-baseret informationsbehandling og -lagringsteknologi. En forudsætning for fremkomsten af ​​Berry-krumning er enten en brudt inversionssymmetri eller en brudt tids-reverseringssymmetri. Således er todimensionelle materialer såsom overgangsmetal dichalcogenider og gated dobbeltlagsgrafen bredt undersøgt for valleytronics, da de udviser brudt inversionssymmetri.

For de fleste af undersøgelserne relateret til grafen og andre todimensionelle materialer, disse materialer er indkapslet med hexagonal bornitrid (hBN), et materiale med bred båndgab, som har en gitterparameter, der kan sammenlignes med grafen. Indkapsling med hBN-lag beskytter grafenen og andre todimensionelle materialer mod uønsket adsorption af herreløse molekyler, mens deres egenskaber holdes intakte. hBN fungerer også som et glat todimensionelt substrat i modsætning til SiO ₂ som er meget uensartet, øge mobiliteten af ​​bærere i grafen. Imidlertid, de fleste af valleytronics-undersøgelserne af dobbeltlagsgrafen med hBN-indkapsling har ikke taget højde for virkningen af ​​hBN-laget ved at bryde lagsymmetrien af ​​dobbeltlagsgrafen og inducere Berry-krumning.

Af denne grund, Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) postdoc Afsal Kareekunnan, Seniorlektor Manoharan Muruganathan og professor Hiroshi Mizuta besluttede, at det var afgørende at tage hensyn til virkningen af ​​hBN som et substrat og som et indkapslingslag på dalens egenskaber af dobbeltlagsgrafen. Ved at bruge de første princips beregninger, de fandt ud af, at for hBN/dobbeltlagsgrafen svarer heterostrukturer, konfigurationen såvel som orienteringen af ​​hBN-laget har en enorm effekt på polariteten, samt størrelsen af ​​Berry-krumningen.

For ikke-indkapslede hBN/dobbeltlags grafen heterostrukturer, hvor hBN kun er til stede i bunden, Lagsymmetrien er brudt på grund af forskellen i potentialet, som de to lag af tolagsgrafen oplever. Denne lagasymmetri inducerer en Berry-krumning, der ikke er nul. Imidlertid, indkapsling af dobbeltlagsgrafen med hBN (hvor øverste og nederste hBN er ude af fase med hinanden) ophæver effekten af ​​hBN og driver systemet mod symmetri, reducere størrelsen af ​​Berry-krumningen. En lille bær-krumning, som stadig er til stede, er træk ved uberørt dobbeltlagsgrafen, hvor den spontane ladningsoverførsel fra dalene til et af lagene resulterer i en let asymmetri mellem lagene som rapporteret af gruppen tidligere.

Ikke desto mindre, indkapsling af dobbeltlagsgrafen med det øverste og nederste hBN i fase med hinanden øger effekten af ​​hBN, fører til en stigning i asymmetrien mellem lagene og en stor bærkrumning. Dette skyldes det asymmetriske potentiale, som de to lag af tolagsgrafen oplever fra den øverste og nederste hBN. Gruppen har også fundet ud af, at størrelsen og polariteten af ​​Berry-kurvaturen kan indstilles i alle de ovennævnte tilfælde med anvendelse af et elektrisk felt uden for planet.

"Vi tror, ​​at fra både teoretiske og eksperimentelle perspektiver, sådan præcis analyse af effekten af ​​brugen af ​​hBN både som et substrat og som et indkapslingslag for grafenbaserede enheder, giver dyb indsigt i systemet, som har et stort potentiale til at være et ideelt valleytronic materiale, " sagde professor Mizuta.