Tese de Doutorado #358 – Edrian Mania – 11/07/2019

A valetrônica é uma nova área da eletrônica que baseia-se no controle e manipulação do número quântico de vale, um grau de liberdade similar ao spin. Assim como a spintrônica, pretende-se criar dispositivos mais rápidos, mais eficientes e com menos consumo energético. O desenvolvimento da valetrônica necessita de um transporte eletrônico de longo alcance no qual o índice de vale seja preservado. Uma estrutura promissora para essa finalidade é um canal topológico unidimensional (1D) formado num grafeno bicamada, chamado de domain wall (DW). Nesses canais 1D, o índice de vale define a direção de propagação dos portadores de carga e os estados de borda chirais (kink states) são robustos a diversos tipos de desordem. Contudo, a fabricação de um DW é desafiadora. Isso requer a fabricação de dispositivos complexos que necessitam de contatos elétricos alinhados com precisão nanométrica ou a produção de DW em grafeno depositado sobre substratos rugosos, que limitam consideravelmente!
o livre caminho médio.
Nesse trabalho criamos um novo tipo de DW de alta qualidade ao longo da borda curvada de um grafeno bicamada dobrado. Nessa nova estrutura, fabricamos dispositivos valetrônicos e investigamos as propriedades do transporte de carga com medidas eletrônicas de dois terminais, quatro terminais e de magneto-resistência. As medidas com dois terminais ao longo desse canal com espessura nanométrica revelaram que a resistência é quantizada próxima da resistência quântica R = h/4e^2 em campos magnéticos nulos. Os experimentos com quatro terminais mostraram um colapso da resistência longitudinal, consistente com a resistência de um canal balístico. Também demonstramos o comportamento metálico dos estados 1D protegidos topologicamente conduzindo medidas em função da temperatura. Finalmente, mostramos que a transmissão balística dos estados protegidos de vale alcançam longos livres caminhos médios. Nas demais bordas e na região em que o grafeno bicamada estava empilhado, isto é, no bul!
k, medimos um comportamento de semicondutor com gap controlável através da aplicação de campos elétricos transversais. Acreditamos que essa nova plataforma possibilitará estudos dos comportamentos de líquidos de Luttinger e levará ao desenvolvimento de dispositivos baseados em linhas quânticas não dissipativas e válvulas de vale.