Desde a descoberta do grafeno, hámais de 15 anos, os pesquisadores estãoem uma corrida global para descobrir suas propriedades únicas. Nãoéapenas o grafeno - uma folha de carbono com a espessura de um a¡tomo disposta em uma estrutura hexagonal - o material mais forte e fino conhecido pelo homem, mas também um excelente condutor de calor e eletricidade.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Columbia University e da University of Washington descobriu que uma variedade de estados eletra´nicos exa³ticos, incluindo uma forma rara de magnetismo, podem surgir em uma estrutura de grafeno de três camadas .

Os resultados aparecem em um artigo publicado em 12 de outubro na Nature Physics .

O trabalho foi inspirado em estudos recentes de monocamadas torcidas ou bicamadas torcidas de grafeno, compreendendo duas ou quatro folhas no total. Descobriu-se que esses materiais hospedam uma sanãrie de estados eletra´nicos incomuns, impulsionados por fortes interações entre elanãtrons.

"Ficamos imaginando o que aconteceria se combina¡ssemos monocamadas e bicamadas de grafeno em um sistema trana§ado de três camadas", disse Cory Dean, professor de física da Universidade de Columbia e um dos autores saªnior do artigo. "Descobrimos que variar o número de camadas de grafeno confere a esses materiais compostos algumas propriedades novas e interessantes que não tinham sido vistas antes."

Além do Reitor, o Professor Assistente Matthew Yankowitz e o Professor Xiaodong Xu, ambos dos departamentos de física e ciência dos materiais e engenharia da Universidade de Washington, são os autores saªnior do trabalho. Shaowen Chen, estudante de graduação da Columbia, e Minhao He, estudante de graduação da Universidade de Washington, são os coautores do artigo.

Para conduzir o experimento, os pesquisadores empilharam uma folha monocamada de grafeno em uma folha bicamada e a torceram cerca de 1 grau. Em temperaturas alguns graus acima do zero absoluto, a equipe observou uma sanãrie de estados de isolamento - que não conduzem eletricidade - impulsionados por fortes interações entre elanãtrons. Eles também descobriram que esses estados poderiam ser controlados pela aplicação de um campo elanãtrico nas folhas de grafeno.

"Aprendemos que a direção de um campo elanãtrico aplicado émuito importante", disse Yankowitz, que também éum ex-pesquisador de pa³s-doutorado no grupo de Dean.

Quando os pesquisadores apontaram o campo elanãtrico em direção a  folha de grafeno monocamada, o sistema se assemelhava ao grafeno de duas camadas torcidas. Mas quando eles mudaram a direção do campo elanãtrico e o apontaram em direção a  folha de grafeno de duas camadas, ele imitou o grafeno de duas camadas torcidas - a estrutura de quatro camadas.

A equipe também descobriu novos estados magnanãticos no sistema. Ao contra¡rio dos a­ma£s convencionais, que são impulsionados por uma propriedade meca¢nica qua¢ntica dos elanãtrons chamada "spin", um movimento coletivo de redemoinho dos elanãtrons na estrutura de três camadas da equipe éa base do magnetismo, eles observaram.

Essa forma de magnetismo foi descoberta recentemente por outros pesquisadores em várias estruturas de grafeno apoiadas em cristais de nitreto de boro. A equipe agora demonstrou que também pode ser observada em um sistema mais simples construa­do inteiramente com grafeno.

"O carbono puro não émagnanãtico", disse Yankowitz. "Notavelmente, podemos projetar essa propriedade organizando nossas três folhas de grafeno nos a¢ngulos de torção certos."

Além do magnetismo, o estudo descobriu sinais de topologia na estrutura. Semelhante a amarrar diferentes tipos de nosem uma corda, as propriedades topola³gicas do material podem levar a novas formas de armazenamento de informações, que "podem ser uma plataforma para computação qua¢ntica ou novos tipos de aplicativos de armazenamento de dados com eficiência energanãtica", disse Xu.

Por enquanto, eles estãotrabalhando em experimentos para entender melhor as propriedades fundamentais dos novos estados que descobriram nesta plataforma. "Este érealmente apenas o começo", disse Yankowitz.