Dagens datorer använder närvaro eller frånvaro av laddning (0:or och 1:or) för att koda information, där den fysiska rörelsen av laddningar förbrukar energi och orsakar värme. Ett nytt alternativ är att använda vågkvantantal elektroner med vilket informationskodning är möjlig utan att fysiskt flytta bärarna. Denna studie visar att manipulering av vågkvanttalet är möjligt genom att styra staplingskonfigurationen och orienteringen av olika tvådimensionella material.

Valleytronics ger upphov till dalström, ett stall, dissipationsfri ström som drivs av ett pseudomagnetiskt fält, Bärkrökning. Detta möjliggör i sin tur valleytronicsbaserad informationsbehandling och lagringsteknik. En förutsättning för uppkomsten av Berry-kurvatur är antingen en bruten inversionssymmetri eller en bruten tids-reverseringssymmetri. Sålunda studeras tvådimensionella material såsom dikalkogenider av övergångsmetall och gated dubbelskiktsgrafen allmänt för valleytronics eftersom de uppvisar bruten inversionssymmetri.

För de flesta av studierna relaterade till grafen och andra tvådimensionella material, dessa material är inkapslade med hexagonal bornitrid (hBN), ett material med brett bandgap som har en gitterparameter som är jämförbar med den för grafen. Inkapsling med hBN-skikt skyddar grafenet och andra tvådimensionella material från oönskad adsorption av herrelösa molekyler samtidigt som deras egenskaper behålls. hBN fungerar också som ett slätt tvådimensionellt substrat till skillnad från SiO ₂ som är mycket ojämn, öka rörligheten för bärare i grafen. Dock, de flesta av valleytronics-studierna på tvåskiktsgrafen med hBN-inkapsling har inte tagit hänsyn till effekten av hBN-skiktet för att bryta skiktsymmetrin hos tvåskiktsgrafen och inducera Berry-kurvatur.

Av denna anledning, Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) postdoc Afsal Kareekunnan, Universitetslektor Manoharan Muruganathan och professor Hiroshi Mizuta beslutade att det var viktigt att ta hänsyn till effekten av hBN som ett substrat och som ett inkapslingsskikt på de valleytroniska egenskaperna hos tvåskiktsgrafen. Genom att använda första principberäkningar, de fann att för hBN/dubbelskiktsgrafen motsvarande heterostrukturer, konfigurationen såväl som orienteringen av hBN-skiktet har en enorm effekt på polariteten, såväl som storleken på Berry-kurvaturen.

För icke-inkapslade hBN/dubbellagers grafen heterostrukturer, där hBN endast finns i botten, skiktsymmetrin är bruten på grund av skillnaden i potentialen som upplevs av de två skikten av dubbelskiktsgrafen. Denna lagerasymmetri inducerar en bärkrökning som inte är noll. Dock, inkapsling av dubbelskiktsgrafen med hBN (där övre och nedre hBN är ur fas med varandra) upphäver effekten av hBN och driver systemet mot symmetri, minskar storleken på bärkrökningen. En liten bärkrökning som fortfarande är närvarande är särdraget hos orörd dubbelskiktsgrafen där den spontana laddningsöverföringen från dalarna till ett av lagren resulterar i en liten asymmetri mellan lagren som rapporterats av gruppen tidigare.

Ändå, inkapsling av tvåskiktsgrafen med övre och nedre hBN i fas med varandra förstärker effekten av hBN, vilket leder till en ökning av asymmetrin mellan lagren och en stor bärkurvatur. Detta beror på den asymmetriska potential som upplevs av de två skikten av dubbelskiktsgrafen från den övre och nedre hBN. Gruppen har också funnit att storleken och polariteten för Berry-kurvaturen kan ställas in i alla ovan nämnda fall med applicering av ett elektriskt fält utanför planet.

"Vi tror att, ur både teoretiska och experimentella perspektiv, sådan exakt analys av effekten av användningen av hBN både som ett substrat och som ett inkapslingsskikt för grafenbaserade enheter, ger djup insikt i systemet som har stor potential att vara ett idealiskt valleytronic-material, " sa professor Mizuta.