Torcer o grafeno gera nova ligação molecular e uma nova eletrônica

Pesquisadores descobriram, em 2018, que o grafeno pode ir de isolante a supercondutor em apenas um movimento, bastando colocar uma folha do nanomaterial de carbono sobre outra igual, girando uma delas em cerca de 1,1º em relação à outra. Esse estudo deu origem a um novo campo de estudos, conhecido hoje como "twistrônica", o famoso "ângulo mágico".

Agora, uma equipe brasileira conseguiu demonstrar que é possível obter um outro estado apenas girando o grafeno, mostrando que além dos estados isolante e supercondutor, é possível também obter uma fase metálica.

Para caracterizar esse estado metálico, a equipe considerou a adsorção de impurezas na super-rede de moiré gerada pelo movimento relativo das duas folhas. O termo "moiré", de origem francesa, vem da tecelagem e designa um tipo de tecido de padrão ondulado. Em física, o termo é usado para nomear os padrões de interferência que se formam quando duas redes são sobrepostas e rotacionam uma em relação a outra. A expressão "super-rede" é utilizada porque esse padrão de interferência se apresenta em uma escala de tamanho muito maior do que a da rede de grafeno.

No estudo foi encontrado um novo tipo de ligação molecular covalente. A ligação covalente usual é quando átomos da molécula compartilham elétrons devido à superposição de seus orbitais atômicos. Porém, na 'torção mágica' da bicamada de grafeno, esse cenário se modifica drasticamente quando um campo elétrico é aplicado ao sistema. O campo quebra a simetria e possibilita a emergência de um estado molecular atomicamente frustrado.

Esse tipo de configuração é chamado de 'modo zero de energia'. E, se o aumento progressivo da magnitude do campo elétrico não for capaz de remover esse modo, que fica cravado no zero indefinidamente, ele se torna imune a perturbações externas e é considerado 'robusto'. A robusteza é um dos principais requisitos para a realização de uma computação quântica topológica.