I fisici dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto che i materiali delle terre rare, come disprosio (mostrato a sinistra), e altri materiali, come il piombo (mostrato a destra) si comportano diversamente quando alcuni atomi di ogni tipo di materiale vengono depositati su un grafene e gli atomi si autoassemblano in minuscole isole. Le terre rare sembrano muoversi lentamente, suggerendo una forte interazione elettronica, mentre il piombo si muove veloce, suggerendo un'interazione elettronica più debole.
(PhysOrg.com) -- I transistor e i dispositivi di memorizzazione delle informazioni stanno diventando sempre più piccoli. Ma, per andare piccolo come la nanoscala, gli scienziati devono capire come si comportano solo pochi atomi di metalli quando si depositano su una superficie.
I fisici dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti stanno studiando l'interazione di materiali promettenti per l'uso nell'elettronica su nanoscala:grafene e diversi tipi di metalli. Il team ha scoperto che i metalli delle terre rare disprosio e gadolinio reagiscono fortemente con il grafene, mentre il piombo no.
Michael C. Tringides, un fisico senior del Laboratorio Ames, e i colleghi Myron Hupalo, uno scienziato del Laboratorio Ames, e Steven Binz, uno studente laureato in fisica, depositato alcuni atomi di piombo o metalli delle terre rare sulla superficie del grafene, uno strato di carbonio dello spessore di un atomo. In un processo chiamato autoassemblaggio, gli atomi si muovono da soli e formano isole o film lisci sul grafene. Tringides e il team hanno quindi utilizzato la microscopia a scansione di tunnel per studiare la geometria delle isole.
“Volevamo capire come si diffondono gli atomi, in particolare quanto velocemente, ” disse Tringide. “In questo caso, gli atomi di piombo si sono mossi velocemente quando li abbiamo raffreddati, mentre il disprosio si muoveva lentamente, anche dopo che li abbiamo riscaldati.”
La velocità o la lentezza con cui gli atomi si muovono e formano le isole offre informazioni su come ciascun materiale interagisce, o condivide elettroni, con il grafene.
“Se gli atomi si muovono velocemente, significa che non hai una forte interazione, ” ha detto. “È come i dischi da hockey che sfrecciano su una pista di pattinaggio. C'è poca interazione."
In caso di disprosio, gli atomi che si muovono lentamente suggeriscono che il metallo reagisce fortemente con il grafene. Il gadolinio ha un'interazione ancora più forte. L'interazione è significativa perché sfruttare il potenziale del grafene nell'elettronica richiederà il collegamento di metalli al grafene per condurre l'elettricità.
“La speranza è che il grafene possa essere utilizzato per transistor superveloci, ” disse Tringide. “Il nostro lavoro è rilevante per questo perché quando metti il metallo sul grafene, vuoi avere un ottimo contatto, quindi la resistenza elettrica è bassa.”
Tringides afferma anche che le isole di terre rare sul grafene sono minuscoli magneti.
"Si è scoperto che queste isole erano buoni nanomagneti su grafene, ” disse Tringide. “Hai una densità molto alta di nanomagneti. Anche il ferro ha una densità di isole simile. Questo potrebbe essere utile in futuro per l'utilizzo di metalli sul grafene nella memoria del computer".
Laboratorio Ames fisici teorici C.Z. Wang e Kai-Ming Ho hanno collaborato alla ricerca, utilizzando calcoli per confermare i risultati sperimentali sui legami tra grafene e metalli studiati.
“Questi risultati sono interessanti sia per la fisica fondamentale sia per la potenziale utilità, ” disse Tringide. “Ogni volta che dici ‘nano, ' puoi fare un sacco di cose in piccole dimensioni. E questo potrebbe essere molto utile per qualcosa come la memoria magnetica del computer".
L'Office of Science del DOE ha finanziato la ricerca, che è stato riportato sulla rivista Materiale avanzato .
