(PhysOrg.com) -- I fisici hanno studiato il grafene più puro fino ad oggi, e hanno scoperto che il materiale possiede un'elevata qualità elettronica senza precedenti. La scoperta ha alzato l'asticella per questo materiale relativamente nuovo, e sfida gli scienziati a scoprire quanto può essere perfetto il grafene.

Il team di scienziati, Petr Neugebauer, e altri, dal laboratorio di Grenoble High Magnetic Field in Francia, ha pubblicato il suo studio in un recente numero di Lettere di revisione fisica , chiamato "Quanto può essere perfetto il grafene?" Gli scienziati hanno scoperto che il loro campione di grafene naturale possedeva una mobilità del vettore di quasi due ordini di grandezza superiore rispetto ad altri tipi di grafene, e un tempo di dispersione che supera significativamente quelli riportati in qualsiasi campione di grafene artificiale. Entrambe le proprietà potrebbero aprire le porte a futuri sviluppi nelle tecnologie del grafene.

“La scoperta principale del nostro articolo è sicuramente la scoperta che esiste in natura grafene di qualità eccezionalmente elevata, molto meglio dei campioni artificiali preparati con uno qualsiasi dei metodi attuali, o per esfoliazione della grafite sfusa o per crescita epitassiale, ” ha detto il coautore Milan Orlita PhysOrg.com . "La domanda per la tecnologia attuale non è quindi più se la qualità degli esemplari di oggi possa essere aumentata in modo significativo, ma invece, come farlo. Ed è proprio la qualità degli esemplari che è, come creduto da molti ricercatori, limitando ulteriori progressi nella fisica del grafene”.

Realizzato sperimentalmente per la prima volta nel 2004, il grafene è costituito da un foglio dello spessore di un atomo di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale a nido d'ape, dandogli l'aspetto di filo di pollo. Il grafene è l'elemento base di molti altri allotropi del carbonio:ad esempio, fogli di grafene impilati insieme creano grafite; arrotolato, producono nanotubi di carbonio; e rotolato in una sfera, diventano buckyball. Perciò, trovare una forma più perfetta di grafene potrebbe avere importanti implicazioni per molte aree della nanotecnologia e della scienza dei materiali.

Come spiegano i fisici nel loro studio, c'è stata una buona dose di ricerca nell'esplorazione delle proprietà dell'elettrodinamica quantistica del grafene. Però, ulteriori progressi sembrano essere limitati dall'insufficiente qualità elettronica delle strutture di grafene create dall'uomo. Inoltre, il substrato di grafene e altri mezzi circostanti tendono a degradare la qualità elettronica dei campioni di grafene. Campioni di qualità superiore sono fondamentali per esplorare i limiti realistici e i fenomeni quantistici nel grafene.

In uno studio pubblicato all'inizio di quest'anno in Lettere di revisione fisica , un altro team di scienziati ha scoperto una forma di grafene composta da fiocchi di grafene ben definiti sotto forma di fogli situati sulla superficie della grafite sfusa, ma disaccoppiata da essa (Li, et al .). Non solo questo grafene è ben strutturato, ma la grafite sottostante funge anche da substrato ben abbinato per studiare lo strato di grafene, che è ciò che fanno gli scienziati di Grenoble nel presente studio.

Come spiegano gli scienziati, il meccanismo fisico alla base delle buone proprietà elettroniche del grafene puro è dovuto alle sue caratteristiche quantistiche - in particolare, sua quantizzazione ben definita. Negli esperimenti, gli scienziati hanno scoperto che gli stati elettronici simili a Dirac del grafene sono quantizzati in campi magnetici fino a 1 milliTesla, e si aspettano che la quantizzazione sopravviva fino a 1 microTesla.

Le nuove misurazioni della mobilità estremamente elevata del vettore del grafene fissano nuovi e sorprendentemente alti limiti per le potenziali proprietà del grafene. I fisici sperano che la domanda su quanto possa essere perfetto il grafene avrà una risposta definitiva che fa ben sperare per ulteriori sviluppi delle tecnologie del grafene, anche se Orlita ha notato che le domande potrebbero non arrivare per un po'.

"Secondo me, siamo ancora relativamente lontani dalle applicazioni reali del grafene e la maggior parte del lavoro attuale sul grafene è guidato dall'interesse fondamentale, " Egli ha detto. "Tuttavia, solo la ricerca fondamentale richiede campioni di qualità superiore, poiché esiste una serie di fenomeni previsti teoricamente (ad esempio relativi all'elettrodinamica quantistica sui fermioni di Dirac), che devono ancora essere confermati sperimentalmente”.

Maggiori informazioni: P. Neugebauer, M. Orlita, C. Faugeras, AL. Barra, M. Potemski. "Quanto può essere perfetto il grafene?" Lettere di revisione fisica . 103, 136403 (2009). DOI:10.1103/PhysRevLett.103.136403

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