[ca] El grafè ha revolucionat el camp de la física de la matèria condensada durant els darrers dos decennis. Els estudis realitzats amb grafè s'han convertit en una plataforma de recerca de màxima importància. Això és degut a que els electrons del grafè es comporten com fermions de Dirac sense massa, i per tant tenen propietats típiques de partícules relativistes. També influeixen les seves propietats electro-òptiques extraordinàries, com és ara una mobilitat electrònica excepcional, la seva gran capacitat de modulació al modificar-ne el dopatge amb diferents voltatges de porta i la gran capacitat d'absorció de llum dins un gran rang de longituds d'ona. Fa ben poc s'han descobert correlacions físiques a super-xarxes moiré de grafè, i això ha portat un seguit d'estudis i de resultats com a resultat de l'interès generat a la comunitat científica. Les super-xarxes moiré es preparen amuntegant capes de Van der Waals girades l'una respecte a l'altra. Això crea una nova periodicitat de més llarg abast que modifica l'estructura electrònica de bandes. En principi aquestes super-xarxes es podrien fabricar també artificialment. Això portaria una flexibilitat complerta a l'hora de crear qualsevol xarxa. A la primera part d'aquesta tesi, introduïm una nova tècnica de nano-fabricació que permet estructurar materials de Van der Waals a escales comparables a super-xarxes moiré, però sense restriccions al disseny de la xarxa. La tècnica que presentem consisteix en bombardejar membranes penjades (suspeses) amb un feix de ions. Demostrem que aquesta tècnica pot imprimir patrons periòdics a elèctrodes de grafit amb un període de menys de 20 nanòmetres. Aquests patrons periòdics generen un potencial de super-xarxa a capes de grafè aïllades que modifica la seva estructura de bandes. Això ho comprovem mitjançant mesures de transport electrònic. Utilitzant els nostres processos de nano-fabricació estudiem també estructures de xarxa més complexes, que no són assolibles simplement girant unes capes respecte a les altres. Amb la nostra tècnica hem proposat un sistema experimental viable mitjançant la inducció d'un potencial de super-xarxa en bi-capes de grafè, amb el que es poden obtenir bandes electròniques planes i aïllades que podrien presentar fenòmens de correlació. Amb aquest procés es podrà obtenir una nova classe de simuladors d'estat sòlid de Fermi-Hubbard. Per altra banda, s'ha comprovat fa poc que els electrons dins el grafè es poden comportar com un fluid hidrodinàmic dins d'un ampli rang de paràmetres al que es pot accedir experimentalment. Això és degut a que els electrons poden recórrer grans distàncies sense perdre moment, fins i tot a temperatura ambient. Aquest comportament similar al d'un fluid és degut a la presència de col·lisions electró-electró. S'han fet estudis de fenòmens típics de materials líquids, com per exemple la viscositat, a dispositius de grafè. Això ha generat molt d'interès a la comunitat científica. A la segona part d'aquesta tesi, utilitzem excitacions col·lectives de la densitat electrònica (o plasmons) de grafè a freqüències de THz, per explorar la transició entre el règim sense col·lisions (on l'acoblament electró-electró no és important per la resposta dinàmica del grafè) i el règim hidrodinàmic. Demostrem que la resposta dinàmica d'un líquid d'electrons a un potencial elèctric oscil·lant depèn de si la freqüència d'excitació és més gran o més petita que la freqüència de les col·lisions electró-electró. Per als líquids de Fermi electrònics, aquest fenomen és equivalent a la transició des del modus 0 al primer modus de so que s'observa als líquids de Fermi neutres. Finalment implementem un sistema d'obtenció d'imatges en camp proper a freqüències de THz, que permet també obtenir la fase. Aquest sistema obté imatges amb un quocient senyal-soroll elevat i resolució d'unes desenes de nanòmetres. Amb aquesta tècnica hem obtingut, per primer cop, imatges de plasmons acústics amb freqüència al rang del THz.

[es] El grafeno ha revolucionado el campo de la física de la materia condensada en las últimas dos décadas, convirtiéndose en una plataforma de investigación sobresaliente. Esto es porque los electrones del grafeno se comportan como fermiones de Dirac sin masa, mostrando propiedades típicas de partículas relativistas, y por sus extraordinarias propiedades optoelectrónicas, tales como su excepcional movilidad electrónica, su gran capacidad de modulación cambiando su dopaje con voltajes de puerta y su absorción de luz en un amplio rango de frecuencias. Recientemente, el descubrimiento de estado correlacionados en superredes moiré de grafeno ha desencadenado una avalancha de trabajos y descubrimiento en la comunidad. Para generar superredes moiré, se han de apilar capas de Van der Waals rotadas, lo que crea una nueva y más larga periodicidad que modifica su estructura de bandas electrónicas. En principio, uno también podría generar estas superredes de forma artificial, con la ventaja de disponer de una mayor flexibilidad en su diseño. En la primera parte de esta Tesis, introducimos una nueva técnica de nanofabricación que permite grabar patrones en materiales Van der Waals a una escala comparable a las superredes moiré, pero sin restricciones en el diseño de la red. Nuestra técnica está basada en bombardear con un haz de iones membranas que se encuentran suspendidas, y es capaz de producir patrones peri ódicos en electrodos de grafito con un período inferior a 20 nm. Estos patrones periódicos sirven para generar un potencial de superred en el grafeno monocapa que modifica su estructura de bandas, lo cual demostramos a través de medidas de transporte electrónico. Además, utilizamos dicha técnica para estudiar superredes más complejas, las cuales no se pueden generar mediante la rotación de capas. Gracias a nuestra técnica, proponemos un sistema experimental viable mediante la aplicación de un potencial de superred en el grafeno bicapa. Este sistema nos permitiría generar bandas electrónicas planas y aisladas, las cuales, potencialmente, podrían dar lugar a la aparición fenómenos correlacionados. A su vez, esto permitirá diseñar una nueva clase de simuladores del modelo Fermi-Hubbard en estado s ólido, similares a los de los semiconductores moiré. Debido a las largas distancias que los electrones del grafeno pueden recorrer conservando su momento, incluso a temperatura ambiente, recientemente se ha probado que pueden comportarse como un fluido hidrodinámico, en un rango significativo y accesible de parámetros experimentales. Este comportamiento similar a un fluido tiene su origen en las colisiones entre electrones. Esto ha permitido que se estudien en dispositivos de grafeno fenómenos típicos en fluidos, como la viscosidad, lo cual ha generado un gran interés en la comunidad. En la segunda parte de esta Tesis, utilizamos los plasmones del grafeno en el régimen de terahercios, una excitación colectiva de la densidad electrónica, para explorar la transición del régimen sin colisiones, donde los electrones-electrones no juegan un papel relevante en la respuesta dinámica del grafeno, al régimen hidrodinámico. Demostramos que la respuesta dinámica de un líquido de electrones a un potencial eléctrico oscilatorio es diferente dependiendo de si la frecuencia de excitación es mayor o menor que la frecuencia de colisiones entre electrones. En los líquidos de Fermi electrónicos, esto es equivalente a la transición del modo cero al primer modo del sonido observada en líquidos Fermi neutrales como el He-3. Finalmente, implementamos un sistema toma de imágenes en campo cercano en el regima de los terahercios que permite obtener la fase. Esta técnica es capaz de conseguir una alta relación señal-ruido en el régimen de terahercios con una resolución de pocas decenas de nanómetros. Aplicamos esta técnica para, por primera vez, visualizar plasmones acústicos en grafeno en la situación en la cual el grafeno se encuentra en neutralidad de carga.