Le immagini del microscopio a effetto tunnel mostrano le molecole di nanografene e i due prodotti intermedi stabilizzati su una superficie di rame. I modelli molecolari mostrano un nanografene (in basso a destra) così come i due prodotti intermedi (sopra ea sinistra). In realtà il diametro della molecola è di circa un nanometro.
Il grafene è un materiale promettente per i dispositivi nanoelettronici di domani. Tuttavia, si cercano ancora metodi precisi e scalabili per fabbricare grafene e materiali derivati con proprietà elettroniche desiderate. Per superare i limiti attuali, I ricercatori dell'Empa hanno fabbricato materiali simili al grafene utilizzando un percorso chimico di superficie e hanno chiarito in dettaglio il percorso di reazione corrispondente. Il lavoro è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica “Nature Chemistry”. Gli scienziati hanno combinato osservazioni empiriche utilizzando la microscopia a scansione di tunnel con simulazioni al computer.
I componenti elettronici stanno diventando sempre più piccoli, con i componenti microelettronici gradualmente sostituiti da quelli nanoelettronici. A dimensioni nanometriche, silicio, che è attualmente il materiale più comunemente usato nella tecnologia dei semiconduttori, raggiunge però un limite, impedendo un'ulteriore miniaturizzazione e progresso tecnologico. I nuovi materiali elettronici sono quindi molto richiesti. Grazie alle sue eccezionali proprietà elettroniche, grafene, una rete di carbonio bidimensionale, è considerato un possibile sostituto. Però, diversi ostacoli devono essere superati prima che il grafene possa essere utilizzato nella tecnologia dei semiconduttori. Ad esempio, attualmente non esiste un metodo facilmente applicabile per la lavorazione su larga scala di materiali simili al grafene.
I ricercatori Empa del laboratorio nanotech@surfaces hanno riferito di un percorso chimico di superficie per fabbricare piccoli frammenti di grafene, cosiddetti nanografi. Utilizzando un precursore del polifenilene prototipo, i ricercatori hanno chiarito, insieme agli scienziati del Max Planck Institute for Polymer Research di Mainz (Germania) e dell'Università di Zurigo, come il percorso di reazione scorre in dettaglio su una superficie di rame e come i mattoni possono essere trasformati in nanografeni planari direttamente sulla superficie. Il lavoro è stato pubblicato domenica scorsa sulla rivista scientifica Chimica della natura come pubblicazione online avanzata.
Partner di successo:esperimento e simulazione
Per le loro indagini i ricercatori hanno combinato osservazioni empiriche, in particolare dalla microscopia a scansione a effetto tunnel con simulazioni al computer. Le simulazioni vengono utilizzate per determinare se una fase di reazione teoricamente possibile è energeticamente possibile o meno. Il risultato:il percorso di reazione consiste di sei passaggi con cinque prodotti intermedi. Due di loro sono stabilizzati dalla superficie in modo che possano essere stabilmente ripresi con il microscopio a effetto tunnel. Le barriere di reazione che collegano i diversi intermedi vengono abbassate per effetto catalitico del substrato.
L'immagine generata al computer mostra i dettagli di uno dei due prodotti intermedi che i ricercatori dell'Empa hanno identificato con il microscopio a effetto tunnel.
Per poter essere integrato in circuiti elettronici, il materiale simile al grafene deve comunque essere prodotto su superfici semiconduttrici anziché metalliche. I ricercatori hanno simulato se il loro approccio potesse funzionare anche su queste superfici e i risultati sono molto promettenti, dimostrando che la sintesi supportata dalla superficie è un modo possibile per fabbricare nanografeni su misura su una gamma di substrati diversi.
I tre pilastri della scienza odierna:teoria, sperimentare, e simulazione
Il progresso della ricerca scientifica odierna si basa allo stesso tempo sulla teoria, esperimenti, e in misura crescente sulle simulazioni al computer. Queste simulazioni sono complementari a esperimenti di laboratorio spesso complessi e consentono di ottenere ulteriori informazioni che non possono essere ottenute con i soli metodi sperimentali. La combinazione di esperimenti e simulazioni nonché le teorie dedotte consentono quindi una spiegazione sempre più accurata e una previsione precisa dei fenomeni naturali.
