Un'immagine al microscopio a falsi colori di un quadrato di 30 x 30 micron di grafene che copre una fossa quadrata per formare un risonatore nanomeccanico. Questi dispositivi, che sono i sistemi microelettromeccanici più sottili possibili e sono utili per il rilevamento e l'elaborazione del segnale, ora può essere fabbricato in lotti grazie ai recenti progressi nella tecnologia di fabbricazione del grafene.
(PhysOrg.com) -- Il grafene è una sorta di rock star scientifica, con innumerevoli gruppi che studiano le sue incredibili proprietà elettriche e resistenza alla trazione e immaginano applicazioni che vanno dagli schermi piatti agli ascensori nello spazio.
Le qualità stellari delle lastre di carbonio a strato singolo sono state appena comprese in tutte le loro capacità, dicono gli scienziati della Cornell -- e i ricercatori possono sognare in grande (o meglio, molto piccolo) quando si tratta di tutto ciò che il grafene può offrire.
Questo è ciò che gli scienziati nel laboratorio di Harold Craighead, il professore di ingegneria Charles W. Lake, dire in un articolo di revisione online dell'American Vacuum Society, 9 settembre sul presente e sul futuro del grafene. L'articolo ha fatto la copertina del giornale cartaceo ed è diventato rapidamente uno dei suoi pezzi più scaricati.
"Sta diventando chiaro che con le moderne tecniche di fabbricazione, puoi immaginare di trasformare il grafene in una tecnologia, " ha detto Robert A. Barton, studente laureato e autore principale. "Le persone spesso si concentrano sulle applicazioni elettroniche del grafene, e non pensano molto alle sue applicazioni meccaniche."
È proprio in quest'area che Cornell ha prodotto alcuni lavori pionieristici. In particolare il gruppo Craighead, in collaborazione con altri tra cui Jiwoong Park, professore assistente di chimica e biologia chimica, e Paul McEuen, il professore di fisica Goldwin Smith, ha utilizzato il grafene nei sistemi nanoelettromeccanici (NEMS), analogo ai sistemi microelettromeccanici (MEMS) di una generazione precedente.
"Siamo andati oltre il lavoro con piccoli fiocchi esfoliati e altro ancora con materiali coltivati che possono essere incorporati e collegati con l'elettronica e altri meccanismi, "Craighead ha detto. "Quindi la domanda è, puoi farli in modo affidabile, uniforme e riproducibile?"
Solo pochi anni fa gli scienziati hanno scoperto come creare matrici di centinaia di migliaia di dispositivi al grafene utilizzando un processo chiamato deposizione chimica da vapore. Ciò comporta la crescita dei fogli monostrato di atomi di carbonio reticolati a nido d'ape sopra il rame, quindi manipolare il grafene per creare dispositivi.
Uno dei dispositivi dei ricercatori della Cornell è come una pelle di tamburo:un pezzo di grafene, un atomo di spessore, sospeso su un pozzo cavo. Sebbene la crescita del grafene mediante deposizione chimica da vapore sul rame sia stata inventata altrove, I ricercatori di Cornell sono stati i primi a capire come realizzare risonatori meccanici dal materiale di grandi dimensioni.
"Quattro anni fa siamo riusciti a realizzarne circa uno, e ci sono voluti diversi mesi, " Ha detto Barton. L'accelerazione del processo di fabbricazione ha notevolmente aumentato il potenziale del grafene nei dispositivi.
A Cornell, Barton e colleghi stanno lavorando per realizzare sensori di massa con il grafene, che è strutturato atomicamente, quindi è sensibile sia alla massa che alla carica elettrica. Ciò che può risultare è che un po' di massa che atterra su una superficie di grafene sospeso perturberà contemporaneamente la struttura meccanica ed elettronica, analogo alla spettrometria di massa di oggi ma su un livello molto più piccolo e più sensibile, ha spiegato Barton.
I ricercatori della Cornell stanno utilizzando l'interferometria ottica per monitorare il movimento di un foglio di grafene. In questa tecnica, i sottili movimenti del dispositivo vengono letti come variazioni nell'intensità della luce riflessa, monitorati da un fotodiodo veloce collegato ad un analizzatore di spettro. Un altro gruppo alla Cornell, guidato da McEuen, aveva precedentemente sviluppato un modo per "leggere" i nanotubi di carbonio, una tecnica che può essere applicata anche al grafene, ha detto Barton.
Il rapido progresso del grafene rende il suo futuro molto eccitante, ha detto Craighead.
"Il grafene è passato da una stranezza in un laboratorio di fisica a qualcosa che può essere praticamente incorporato in una varietà di potenziali dispositivi, " ha detto. "La capacità di fabbricare le cose in questi modi, integrarli e utilizzarli per diversi tipi di sensori, fisico e chimico, è un bel passo avanti in poco tempo, e il nostro gruppo è uno dei tanti che hanno contribuito a questo".
