(PhysOrg.com) -- I ricercatori dell'Università del Maryland hanno scoperto un modo per controllare le proprietà magnetiche del grafene che potrebbe portare a nuove potenti applicazioni nell'archiviazione magnetica e nella memoria magnetica ad accesso casuale.

La scoperta di un team di ricercatori del Maryland, guidato dal professore di fisica Michael S. Fuhrer del Centro UMD per la nanofisica e i materiali avanzati è l'ultima di molte sorprendenti proprietà scoperte per il grafene.

Un foglio a nido d'ape di atomi di carbonio dello spessore di un solo atomo, il grafene è il costituente base della grafite. Circa 200 volte più forte dell'acciaio, conduce l'elettricità a temperatura ambiente meglio di qualsiasi altro materiale noto (una scoperta del 2008 di Fuhrer, et. al). Il grafene è ampiamente considerato come un grande, forse anche rivoluzionario, potenziale per le applicazioni delle nanotecnologie. Il Premio Nobel 2010 per la fisica è stato assegnato agli scienziati Konstantin Novoselov e Andre Geim per la loro scoperta nel 2004 di come produrre il grafene.

Nella loro nuova scoperta sul grafene, Fuhrer e i suoi colleghi dell'Università del Maryland hanno scoperto che gli atomi mancanti nel grafene, chiamati posti vacanti, agiscono come minuscoli magneti:hanno un "momento magnetico". Inoltre, questi momenti magnetici interagiscono fortemente con gli elettroni nel grafene che trasportano correnti elettriche, dando luogo ad una significativa resistenza elettrica extra a bassa temperatura, noto come effetto Kondo. I risultati appaiono nel documento "Tunable Kondo effect in graphene with functions" pubblicato questo mese in Fisica della natura .

L'effetto Kondo è tipicamente associato all'aggiunta di piccole quantità di atomi metallici magnetici, come ferro o nichel, a un metallo non magnetico, come oro o rame. Trovare l'effetto Kondo nel grafene con posti vacanti è stato sorprendente per due motivi, secondo Fuhrer.

"Primo, stavamo studiando un sistema di nient'altro che carbonio, senza aggiungere tradizionalmente impurità magnetiche. Secondo, il grafene ha una densità elettronica molto piccola, che dovrebbe far apparire l'effetto Kondo solo a temperature estremamente basse, " Egli ha detto.

Il team ha misurato la temperatura caratteristica per l'effetto Kondo nel grafene con posti vacanti fino a 90 Kelvin, che è paragonabile a quello visto nei metalli con densità di elettroni molto elevate. Inoltre la temperatura di Kondo può essere regolata dalla tensione su un cancello elettrico, un effetto non visto nei metalli. Teorizzano che le stesse proprietà insolite di questo fanno sì che gli elettroni del grafene si comportino come se non avessero massa, li fanno anche interagire molto fortemente con certi tipi di impurità, come posti vacanti, portando a un forte effetto Kondo a una temperatura relativamente alta.

Fuhrer pensa che se i posti vacanti nel grafene potessero essere organizzati nel modo giusto, potrebbe risultare ferromagnetismo. "I singoli momenti magnetici possono essere accoppiati attraverso l'effetto Kondo, costringendoli tutti ad allinearsi nella stessa direzione, " Egli ha detto.

"Il risultato sarebbe un ferromagnete, come il ferro, ma invece fatto solo di carbonio. Il magnetismo nel grafene potrebbe portare a nuovi tipi di sensori su nanoscala di campi magnetici. E, quando accoppiato con le straordinarie proprietà elettriche del grafene, il magnetismo nel grafene potrebbe avere interessanti applicazioni anche nel campo della spintronica, che sfrutta il momento magnetico dell'elettrone, invece della sua carica elettrica, per rappresentare le informazioni in un computer.

"Questo apre la possibilità di 'ingegneria dei difetti' nel grafene:estrarre gli atomi nei posti giusti per progettare le proprietà magnetiche desiderate, " ha detto Fuhrer.