La ricerca del professor Uli Zuelicke della Victoria University sta contribuendo alla corsa globale per sbloccare il potenziale del grafene, un nuovo materiale tratto dalla grafite che secondo gli scienziati potrebbe essere un punto di svolta per le nuove applicazioni elettroniche.

Il grafene è un foglio di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale strettamente legato. Ne vengono prodotti minuscoli frammenti ogni volta che la grafite viene consumata, come quando si traccia una linea con una matita, e ha proprietà quasi miracolose.

Lo strato di grafene dello spessore di un atomo è il materiale più resistente mai misurato, nonché il più sottile (tre milioni di fogli di grafene uno sopra l'altro avrebbero uno spessore di appena 1 mm) e il più rigido. È un eccezionale conduttore di calore ed elettricità e assorbe solo circa il 2,3 percento della luce che lo attraversa, rendendolo trasparente.

Gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta che i singoli strati di grafene potevano essere isolati nel 2004 e gli scopritori hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2010.

Il materiale è stato pubblicizzato come un possibile sostituto del silicio e un percorso verso una miriade di soluzioni più veloci, dispositivi più economici, inclusi i touchscreen del futuro. Un vantaggio chiave della realizzazione di touchscreen dal grafene è l'eliminazione della necessità di utilizzare l'indio, un metallo raro che scarseggia.

"Il grafene può essere ottenuto dal carbonio, "dice il professor Zuelicke, "che è uno degli elementi più onnipresenti sulla terra".

Ma, lui dice, Le proprietà uniche del grafene sono state finora ampiamente dimostrate su piccola scala e molto altro deve essere conosciuto prima che possa essere commercializzato.

L'area di ricerca del professor Zuelicke è capire come si comportano gli elettroni in materiali solidi come i semiconduttori. Attualmente sta studiando modi per modellare matematicamente le proprietà degli elettroni nel grafene con l'obiettivo finale di scoprire come prevedere e influenzare il loro movimento.

"Singoli elettroni, che sono mobili e trasportano la corrente attraverso un semiconduttore, hanno proprietà controintuitive che consentono loro di muoversi attraverso una matrice di atomi senza mai urtarli. Sembrano liberi anche se sono contenuti in questa fitta rete di atomi.

"Il prezzo che pagano è che la loro massa viene modificata da questo processo. All'interno della gamma di diversi tipi e combinazioni di atomi, un numero enorme di complessi, nuove strutture sono possibili. Ciò apre le porte a una vasta gamma di nuovi materiali, ognuno dei quali è come un nuovo universo in termini di comportamento degli elettroni".

Nel grafene, dice il professor Zuelicke, il cambiamento nel modo in cui si comportano gli elettroni è drammatico e diverso da quanto osservato in qualsiasi altro materiale.

"Non possono accelerare o rallentare o cambiare facilmente direzione. In questo, hanno le stesse proprietà delle particelle (neutrini) che si muovono alla velocità della luce ma la velocità costante degli elettroni nel grafene è solo circa 1/300 della velocità della luce. Fondamentalmente, il comportamento degli elettroni nel grafene realizza una versione lenta della relatività."

Il professor Zuelicke afferma che queste proprietà consentono agli scienziati di osservare e scoprire di più sulla teoria della relatività di Einstein in un ambiente nuovo.

"Per mettere alla prova la nostra comprensione della relatività, di solito dobbiamo accelerare gli elettroni per avvicinarli alla velocità della luce, ma gli elettroni molto più lenti nel grafene si comportano già come i loro cugini veloci negli acceleratori. Sono un banco di prova quasi ideale per interessanti effetti quasi relativistici".

Lavorando con collaboratori negli Stati Uniti, Il professor Zuelicke ha quasi completato quattro anni di ricerca finanziata da Marsden e intende continuare con il lavoro teorico e le applicazioni pratiche della ricerca.

"A livello internazionale, c'è un enorme sforzo concentrato sui modi per produrre il grafene e capire cosa possiamo fare con esso".

Dice impilando strati di grafene uno sopra l'altro o variandone le dimensioni, la composizione o il layout del foglio di materiale può creare una moltitudine di nuove proprietà.

"La nostra ricerca di oggi è il lavoro di base per elaborare un nuovo paradigma dell'elettronica".