Nuovi esperimenti in fisica delle nanotecnologie hanno rivelato che piccole rotazioni tra strati di materiali semiconduttori possono portare a una grande varietà di fenomeni fisici allo stato solido, aprendo la strada a nuove applicazioni in elettronica, fotonica e tecnologia quantistica. Lo studio, condotto da un team di fisici presso l’Università Ludwigs-Maximilians di Monaco (Germania), ha esaminato gli effetti di una lieve rotazione di due strati sottili di materiali semiconduttori tenuti insieme dalle forze intermolecolari di van der Waals. I ricercatori hanno scoperto che la zona di interfaccia tra i due strati può creare effetti moiré, un disturbo visivo che si verifica quando si sovrappongono due motivi di linee leggermente disallineati.
Secondo Alexander Högele, fisico dell’Università LMU che ha guidato lo studio, gli effetti moiré possono influenzare drammaticamente le proprietà del sistema composito, influenzando gli elettroni e i cosiddetti “eccitoni”, coppie di particelle particolarmente legate tra loro. “Le nostre ricerche dimostrano che la semplice idea di un perfetto motivo moiré nella struttura eterobilayer di MoSe2-WSe2 non è necessariamente vera, soprattutto per piccoli angoli di rotazione”, ha spiegato Högele. “Invece di motivi periodici moiré, ci sono aree lateralmente estese che sono libere da interferenze moiré. Inoltre, ci sono zone con interessanti effetti meccanici quantistici come fili quantistici unidimensionali o punti quantistici quasi a zero dimensioni.”
Una comprensione precisa dell’origine degli eccitoni è essenziale per sviluppare nuove applicazioni in campo ottico ed elettronico, in particolare per la comunicazione quantistica basata sugli eccitoni a emissione di fotoni singoli. Gli eccitoni sono generati nell’assorbimento della luce da semiconduttori come il diseleniuro di molibdeno e il diseleniuro di tungsteno, e poi convertiti di nuovo in luce. I ricercatori dell’LMU cercano di capire come produrre strutture eterogenee di van der Waals con proprietà su misura che consentano di controllare i fenomeni emergenti in modo deterministico.
Il team di Högele ha individuato anche una deformazione elastica delle strutture cristalline che dipende dall’orientamento degli strati, che spinge gli atomi fuori dal loro equilibrio e allo stesso tempo migliora l’aderenza tra gli strati. I ricercatori sperano che questa scoperta possa aprire nuove strade per la creazione di nuovi materiali considerando l’ingegneria dei sistemi eterogenei, la quantità di strati e la loro orientazione.
“Il campo della fisica delle nanotecnologie è in continua evoluzione”, ha concluso Högele. “Le nostre scoperte possono fornire le basi per la creazione di nuovi materiali che hanno caratteristiche innovative e sconosciute nei cristalli naturali. Siamo entusiasti di vedere dove ci porterà questa ricerca”.
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