Transporte unidireccional de carga en heteroestructuras tipo van der Waals

VIRGINIA DAL LAGO; LUIS E. F. FOA TORRES; ERIC SUÁREZ MORELL

Encuentro; XVII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2017

En las últimas décadas el descubrimiento de nuevos materiales ha permitido conectar dos áreas de la ciencia hasta el momento independientes: la topología matemática y la física de materiales. De hecho, en 2016, el premio Nobel de física fue entregado a D. J. Thouless, D. Haldane y M. Kostelitz por sus descubrimientos teóricos de transiciones de fase topológicas y fases de la materia topológicas [1]. Este refleja el gran auge en la investigación de aislantes topológicos, materiales bidimensionales (como grafeno) y estructuras de van der Waals.Los aislantes topológicos son materiales, como su nombre lo indica, aislantes a la conducción eléctrica. Sin embargo, se diferencian de los comúnmente conocidos por presentar estados de borde (o superficie) conductores [2]. Debido a que el origen de estos canales viene dado por el carácter topológico del material, los mismos son robustos frente a desorden.Por otra parte, bien conocidas son las propiedades récord que presenta el grafeno. Sin embargo, la ausencia de un gap en la estructura electrónica es un obstáculo para su aplicación tecnológica. Recientemente, se probó que puede generarse un gap irradiando grafeno con luz láser de polarización circular [3], y aún más, el material adquiere propiedades topológicas [4]. Si bien la familia de materiales bidimensionales aún se encuentra bajo estudio, en los últimos años el enfoque viró hacia lo que se conoce como heteroestructuras de van der Waals. Las mismas se obtienen a partir del apilamiento de distintas capas 2D hasta obtener un materialnuevamente 3D con propiedades no alcanzables en cada capa aislada [5].En el presente trabajo combinamos estas tres áreas para obtener un nuevo material que aproveche las ventajas de cada una de ellas. Presentamos el caso de una heteroestructura de van der Waals formada por un aislante topológico y un metal (MOTI) a partir de una bicapa de grafeno irradiada.En particular vemos que se puede obtener transporte de carga unidireccional de gran interés para aplicaciones tecnológicas. Un comportamiento similar fue observado previamente en un MOTI formadopor dos capas de Haldane [6]. Por otra parte, mostramos como la unidireccionalidad del transporte puede favorecerse mediante la eliminación de una mitad de la capa metálica, manteniendo así la robustez del estado de borde topológico de la monocapa de grafeno irradiada. También estudiamos la influencia de desorden como ser rugosidad en los bordes y vacancias. Los resultados espectrales se complementan concálculos de transporte para verificar la unidireccionalidad.Referencias:[1] "The Nobel Prize in Physics 2016". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014 (2017).[2] Hasan, M. Z., Kane, C. L., Rev. Mod. Phys. 82 (2010) 3045.[3] Calvo, H. L., et al. Appl. Phys. Lett. 101 (2012) 253506.[4] Perez-Piskunow, P. M., et al. Phys. Rev. B 89 (2014) 121401(R).[5] Geim, A. K., Grigorieva, I. V., Nature 499 (2013) 419.[6] Foa Torres, L. E. F., Dal Lago, V., Suárez Morell, E., Phys. Rev. B 93 (2016) 075438.