Nanodevices based on twisted 2D materials and exotic geometries

Abstract

[EN] This work focuses on the electronic and optoelectronic response of nanodevices based on 2D materials. After an introduction of the nanotechnology clean room facilities, the different processes for the fabrication of high-quality van der Waals heterostructures are described in detail, starting with the micromechanical exfoliation of each material. Next, the steps followed in the fabrication of devices with different geometries are presented. By controlling the relative angle between different layers of a h-BN encapsulated graphene heterostructure, its band structure can be modified, enabling the generation of intense orbital magnetic moments. Here, we report how these orbital magnetic moments can be measured through non-local chiral currents, with the application of small magnetic fields. Moreover, thanks to the fabrication of extraordinarily clean devices with exotic geometries favouring the collective behaviour of carriers, we have been able to go into the hydrodynamic regime and measure enhanced superballistic conduction. Here we present an unreported intermittent superballistic effect against low external magnetic fields which sheds light on the ballistichydrodynamic transition. The final part of the study focuses on the excitonic states of different TMDs using low-temperature photocurrent spectroscopy. The optimization of the fabrication methods for heterostructures and nanodevices with these materials has been crucial for this investigation. This, combined with the novel measurement setup, achieves a spectral resolution not possible with other non-radiative techniques. [ES] Este trabajo se enfoca en el comportamiento electrónico y optoelectrónico de nanodispositivos basados en materiales 2D. Tras la introducción de los equipos de la sala blanca de nanotecnología, se describen en detalle los diferentes procesos de fabricación de heteroestructuras van der Waals de alta calidad, comenzando con la exfoliación micromecánica de cada material. A continuación, se presentan los pasos seguidos en la fabricación de dispositivos con diferentes geometrías. Al controlar el ángulo relativo entre diferentes capas de una heteroestructura de grafeno encapsulado en h-BN, se puede modificar la estructura de bandas del grafeno, permitiendo la generación de intensos momentos magnéticos orbitales. Aquí, presentamos cómo estos momentos magnéticos orbitales pueden controlarse mediante corrientes quirales no locales, con la aplicación de pequeños campos magnéticos. Por otro lado, la fabricación y caracterización de dispositivos con geometrías exóticas, que favorecen el comportamiento colectivo de los electrones, ha permitido entrar en el régimen hidrodinámico y medir una aumentada conducción superbalística, presentando un efecto intermitente no observado previamente bajo la influencia de un campo magnético. La parte final del estudio se centra en los estados excitónicos de diferentes TMDs utilizando espectroscopía de fotocorriente a baja temperatura. La optimización de los métodos de fabricación para heteroestructuras y nanodispositivos basados en estos materiales ha sido crucial para esta investigación. Esto, combinado con el novedoso setup de medición, logra una resolución espectral no posible con otras técnicas no radiativas.