A causa delle sue proprietà intriganti, il grafene potrebbe essere il materiale ideale per costruire nuovi tipi di dispositivi elettronici come sensori, schermi, o anche computer quantistici.

Una delle chiavi per sfruttare il potenziale del grafene è essere in grado di creare difetti su scala atomica - dove gli atomi di carbonio nel suo piatto, struttura a nido d'ape vengono riorganizzati o "eliminati" - poiché questi influenzano il suo potere elettrico, chimico, magnetico, e proprietà meccaniche.

Un team guidato da scienziati dell'Università di Oxford riferisce in Comunicazioni sulla natura un nuovo approccio a un nuovo approccio all'ingegneria della struttura atomica del grafene con una precisione senza precedenti.

"Gli approcci attuali per produrre difetti nel grafene sono come un "fucile da caccia" in cui l'intero campione viene spruzzato con ioni o elettroni ad alta energia per causare difetti diffusi, o un approccio chimico in cui molte regioni del grafene reagiscono chimicamente, ' ha detto Jamie Warner del Dipartimento di Materiali dell'Università di Oxford, un membro della squadra.

"Entrambi i metodi mancano di qualsiasi forma di controllo in termini di precisione spaziale e anche il tipo di difetto, ma fino ad oggi sono gli unici metodi riportati noti per la creazione di difetti.'

Il nuovo metodo sostituisce il "fucile da caccia" con qualcosa di più simile a un fucile da cecchino:un raggio di elettroni minuziosamente controllato sparato da un microscopio elettronico.

"L'approccio del fucile a pompa è limitato alla precisione su scala micron, che è all'incirca un'area di 10, 000, 000 nanometri quadrati, abbiamo dimostrato una precisione entro 100 nanometri quadrati, che è di circa quattro ordini di grandezza migliore, ' spiega Alex Robertson del Dipartimento dei Materiali dell'Università di Oxford, un altro membro della squadra.

Eppure non si tratta solo della precisione di un singolo 'colpo'; i ricercatori mostrano anche che controllando la durata del tempo in cui il grafene è esposto al loro fascio concentrato di elettroni possono controllare la dimensione e il tipo di difetto creato.

"Il nostro studio rivela per la prima volta che solo pochi tipi di difetti sono effettivamente stabili nel grafene, con diversi difetti che vengono estinti dagli atomi di superficie o si rilassano tornando allo stato originario da rotazioni di legame, ' mi dice Jamie.

La capacità di creare il giusto tipo di difetti stabili nella struttura cristallina del grafene sarà vitale se le sue proprietà devono essere sfruttate per applicazioni come telefoni cellulari e display flessibili.

"I siti difettosi nel grafene sono molto più chimicamente reattivi, quindi possiamo usare i difetti come sito per la funzionalizzazione chimica del grafene. Quindi possiamo attaccare alcune molecole, come le biomolecole, al grafene per fungere da sensore, ' mi dice Alessio.

"Difetti nel grafene possono anche dare origine a spin elettronico localizzato, un attributo che ha un importante uso futuro nella nanotecnologia quantistica e nei computer quantistici.'

Al momento è ancora lontano il passaggio dalla tecnica del team a un processo di produzione per creare tecnologie basate sul grafene. Attualmente i microscopi elettronici sono gli unici sistemi in grado di ottenere lo squisito controllo necessario di un fascio di elettroni.

Ma, Alessio dice, è sempre possibile che in futuro possa essere sviluppata una tecnica di litografia a fascio di elettroni scalabile che potrebbe consentire il patterning dei difetti nel grafene.

E vale la pena ricordare che non molto tempo fa la tecnologia necessaria per incidere milioni di transistor su una minuscola fetta di silicio sembrava un sogno impossibile.