Un filone di ricerca portato avanti in una collaborazione paneuropea guidata dagli scienziati del Dipartimento di fisica applicata dell'Università di Aalto ha prodotto risultati importanti per la microscopia elettronica del grafene drogato con azoto e dei nanotubi di carbonio.

Un articolo pubblicato a settembre sulla rivista ACS Nano fornisce una descrizione atomistica dettagliata del danno indotto dal fascio di elettroni in queste importanti strutture combinando metodi computazionali avanzati con la microscopia elettronica all'avanguardia.

Tommaso Susi, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica Applicata dell'Università di Aalto, ha iniziato a studiare il sistema nel 2010 insieme all'attuale ricercatore dell'Università di Vienna Jani Kotakoski.

"Il nostro lavoro è iniziato come un incontro casuale durante una sessione poster del workshop. Avevo domande a cui Jani poteva rispondere con la modellazione computazionale. La collaborazione alla fine è cresciuta fino a includere 11 autori provenienti da cinque paesi europei, "racconta Toma Susi.

Susi ei suoi colleghi hanno studiato come i fasci di elettroni energetici utilizzati nei microscopi elettronici a trasmissione influenzano i nanomateriali a base di carbonio drogati con atomi di azoto.

"I microscopi funzionano fondamentalmente secondo lo stesso principio dei microscopi ottici, ma usano onde elettroniche invece della luce per l'imaging. I materiali sono interessanti perché hanno prospettive entusiasmanti per la nanoelettronica, elettrocatalisi senza metalli e rilevamento di gas."

L'esatto legame atomico dei droganti influisce notevolmente sulla modifica risultante delle proprietà dell'ospite. I recenti sviluppi all'avanguardia nella strumentazione hanno consentito l'analisi atomo per atomo e persino l'imaging diretto dei siti di azoto nel grafene. Però, poiché gli elettroni trasportano quantità di moto, collisioni anelastiche possono portare all'espulsione di atomi dal materiale bersaglio, potenzialmente portando a un'errata identificazione delle strutture droganti non modificate.

"La cosa più emozionante, potremmo immaginare direttamente l'espulsione di atomi di carbonio accanto ai droganti e mai i droganti stessi - esattamente come previsto dalle simulazioni, spiega Susi."

Oltre a fornire una migliore comprensione della stabilità all'irraggiamento di queste strutture, i risultati mostrano che i cambiamenti strutturali non possono essere trascurati nella caratterizzazione utilizzando elettroni ad alta energia. Questa nozione aumenterà di importanza man mano che i dispositivi diventeranno più potenti.

"Nonostante i significativi risultati scientifici, la storia del nostro articolo illustra bene come funziona la collaborazione scientifica. Ho tenuto una conferenza al quinto evento ScienceSLAM di Helsinki sulla storia dell'articolo e ho seguito un post sul blog che includeva un'analisi delle 720 e-mail scambiate tra i coautori. Poiché la ricerca non era direttamente correlata a nessun particolare lavoro di progetto, va anche a dimostrare a cosa possono portare al massimo un po' di libertà accademica e risorse piuttosto modeste. Sono grato al nostro capogruppo, il professor Esko Kauppinen, per aver sostenuto la nostra linea di lavoro".