(PhysOrg.com) -- Sapevi che la mina della matita potrebbe finire per cambiare il mondo? Il grafene è il materiale da cui la grafite, il nucleo della tua matita n. 2, è fatto. È anche l'ultimo "materiale meraviglioso, " e potrebbe essere la prossima grande speranza dell'industria elettronica per la creazione di dispositivi elettronici estremamente veloci. I ricercatori della North Carolina State University hanno trovato uno dei primi ostacoli all'utilizzo del grafene, dimostrando che la sua conduttività diminuisce significativamente quando più di uno strato è regalo.

La struttura del grafene è ciò che lo rende promettente per l'elettronica. A causa del modo in cui sono disposti i suoi atomi di carbonio, i suoi elettroni sono molto mobili. Gli elettroni mobili significano che un materiale dovrebbe avere un'elevata conduttività. Ma il fisico della NC State, il dott. Marco Buongiorno-Nardelli e l'ingegnere elettrico e informatico della NC State, il dott. Ki Wook Kim, volevano trovare un modo per studiare il comportamento del grafene "reale" e vedere se fosse effettivamente così.

“Si può parlare della struttura elettronica del grafene, ma devi considerare che quegli elettroni non esistono da soli nel materiale, ” dice Buongiorno-Nardelli. “Ci sono impurità, e, soprattutto, ci sono vibrazioni presenti dagli atomi nel materiale. Gli elettroni incontrano e interagiscono con queste vibrazioni, e questo può influenzare la conduttività del materiale.”

Buongiorno-Nardelli, Kim e gli studenti laureati Kostya Borysenko e Jeff Mullen hanno sviluppato un modello al computer in grado di prevedere l'effettiva conduttività del grafene, sia come strato singolo che in forma bistrato, con due strati di grafene seduti uno sopra l'altro. Era importante studiare il modello a doppio strato perché i dispositivi elettronici reali non possono funzionare con un solo strato del materiale presente.

“Non puoi realizzare un semiconduttore con un solo strato di grafite, ” spiega Buongiorno-Nardelli. “Per creare un dispositivo, il materiale conduttivo deve avere un mezzo con cui può essere spento e riacceso. E il doppio strato fornisce tale capacità”.

Con l'aiuto dei computer ad alte prestazioni degli Oak Ridge National Laboratories, il team di NC State ha scoperto sia buone che cattive notizie sul grafene. I loro risultati appaiono come un suggerimento dell'editore nell'edizione del 15 aprile di Revisione fisica B .

Con un singolo strato di grafene, la mobilità – e quindi la conduttività – mostrata dalle simulazioni dei ricercatori si è rivelata molto più alta di quanto inizialmente pensato. Questa buona notizia era equilibrata, però, dai risultati dello stato a doppio strato.

“Ci aspettavamo che la conduttività degli elettroni nel grafene a doppio strato potesse essere leggermente peggiore, a causa dei modi in cui le vibrazioni degli atomi in ogni singolo strato interagiscono tra loro, "dice Mullen. “Sorprendentemente, abbiamo scoperto che la mobilità degli elettroni nel grafene a doppio strato è all'incirca di un ordine di grandezza inferiore rispetto a quella di un singolo foglio di grafene”.

“La riduzione è sostanziale, ma anche questo numero ridotto è superiore a quello di molti semiconduttori convenzionali, ” aggiunge Borysenko.

Buongiorno-Nardelli afferma che i ricercatori dello Stato NC stanno rivolgendo la loro attenzione a rimediare a questo problema.

“Se mettiamo il grafene su un substrato in grado di “sifonare” parte del calore generato dalla corrente elettrica, le vibrazioni del cristallo diminuiranno e la mobilità aumenterà. Questi sono i nostri prossimi passi:eseguire le simulazioni con grafene e substrati che hanno questa proprietà".