De computers van vandaag gebruiken de aanwezigheid of afwezigheid van lading (0s en 1s) om informatie te coderen, waar de fysieke beweging van ladingen energie verbruikt en warmte veroorzaakt. Een nieuw alternatief is om het golfquantumaantal elektronen te gebruiken waarmee informatiecodering mogelijk is zonder de dragers fysiek te verplaatsen. Deze studie toont aan dat manipulatie van het golfkwantumgetal mogelijk is door de stapelconfiguratie en de oriëntatie van verschillende tweedimensionale materialen te regelen.

Valleytronics zorgt voor dalstroom, een stal, dissipatieloze stroom die wordt aangedreven door een pseudo-magnetisch veld, Bessen kromming. Dit maakt op zijn beurt op valleytronics gebaseerde informatieverwerkings- en opslagtechnologie mogelijk. Een voorwaarde voor het ontstaan ​​van Berry-kromming is ofwel een gebroken inversiesymmetrie of een gebroken tijdomkeringssymmetrie. Dus tweedimensionale materialen zoals overgangsmetaal dichalcogeniden en gated dubbellaags grafeen worden op grote schaal bestudeerd voor valleytronics omdat ze gebroken inversiesymmetrie vertonen.

Voor de meeste onderzoeken met betrekking tot grafeen en andere tweedimensionale materialen, deze materialen zijn ingekapseld met hexagonaal boornitride (hBN), een materiaal met een brede bandafstand dat een roosterparameter heeft die vergelijkbaar is met die van grafeen. Inkapseling met hBN-laag beschermt het grafeen en andere tweedimensionale materialen tegen ongewenste adsorptie van verdwaalde moleculen terwijl hun eigenschappen intact blijven. hBN werkt ook als een glad tweedimensionaal substraat in tegenstelling tot SiO ₂ die zeer ongelijkmatig is, het vergroten van de mobiliteit van dragers in grafeen. Echter, de meeste valleytronics-onderzoeken naar dubbellaags grafeen met hBN-inkapseling hebben geen rekening gehouden met het effect van de hBN-laag bij het doorbreken van de laagsymmetrie van dubbellaags grafeen en het induceren van de Berry-kromming.

Om deze reden, Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) postdoc Afsal Kareekunnan, universitair hoofddocent Manoharan Muruganathan en professor Hiroshi Mizuta besloten dat het van vitaal belang was om rekening te houden met het effect van hBN als substraat en als inkapselingslaag op de valleytronics-eigenschappen van dubbellaags grafeen. Door gebruik te maken van eerste-principeberekeningen, ze ontdekten dat voor hBN / dubbellaags grafeen evenredige heterostructuren, zowel de configuratie als de oriëntatie van de hBN-laag heeft een enorm effect op de polariteit, evenals de grootte van de Berry-kromming.

Voor niet-ingekapselde hBN/bilayer grafeen heterostructuren, waarbij hBN alleen onderaan aanwezig is, de laagsymmetrie wordt verbroken vanwege het verschil in de potentiaal die wordt ervaren door de twee lagen van het dubbelgelaagde grafeen. Deze laagasymmetrie veroorzaakt een Berry-kromming die niet nul is. Echter, inkapseling van het dubbelgelaagde grafeen met hBN (waarbij de bovenste en onderste hBN uit fase zijn met elkaar) heft het effect van hBN op en drijft het systeem naar symmetrie, het verminderen van de grootte van de Berry-kromming. Een kleine Berry-kromming die nog steeds aanwezig is, is het kenmerk van ongerept dubbellaags grafeen, waarbij de spontane ladingsoverdracht van de valleien naar een van de lagen resulteert in een lichte asymmetrie tussen de lagen, zoals eerder door de groep werd gerapporteerd.

Niettemin, het inkapselen van dubbellaags grafeen met de bovenste en onderste hBN in fase met elkaar versterkt het effect van hBN, wat leidt tot een toename van de asymmetrie tussen de lagen en een grote Berry-kromming. Dit komt door het asymmetrische potentieel dat wordt ervaren door de twee lagen dubbellaags grafeen van het bovenste en onderste hBN. De groep heeft ook ontdekt dat de grootte en de polariteit van de Berry-kromming in alle bovengenoemde gevallen kunnen worden afgestemd met de toepassing van een elektrisch veld buiten het vlak.

"Wij geloven dat, zowel vanuit theoretisch als experimenteel perspectief, zo'n nauwkeurige analyse van het effect van het gebruik van hBN, zowel als substraat als als inkapselingslaag voor op grafeen gebaseerde apparaten, geeft diep inzicht in het systeem dat een groot potentieel heeft om een ​​ideaal valleytronic-materiaal te zijn, ' zei professor Mizuta.