(Phys.org)—La microscopia elettronica presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia fornisce viste senza precedenti dei singoli atomi nel grafene, offrendo agli scienziati la possibilità di sbloccare il pieno potenziale del materiale per gli usi dalla combustione del motore all'elettronica di consumo.

I cristalli di grafene sono stati isolati per la prima volta nel 2004. Sono bidimensionali (un atomo di spessore), più duro dei diamanti e molto più forte dell'acciaio, fornendo una rigidità senza precedenti, proprietà elettriche e termiche. Visualizzando le configurazioni atomiche e di legame dei singoli atomi di grafene, gli scienziati sono in grado di suggerire modi per ottimizzare i materiali in modo che siano più adatti per applicazioni specifiche.

In un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , un team di ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory e della Vanderbilt University ha utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione a scansione con correzione dell'aberrazione per studiare la struttura atomica ed elettronica delle impurità di silicio nel grafene.

"Abbiamo utilizzato nuovi strumenti sperimentali e computazionali per rivelare le caratteristiche di legame delle singole impurità nel grafene. Ad esempio, ora possiamo distinguere tra un atomo non di carbonio che è legato in modo bidimensionale o tridimensionale nel grafene. Infatti, siamo stati finalmente in grado di visualizzare direttamente una configurazione di legame che era stata prevista negli anni '30 ma non è mai stata osservata sperimentalmente, ", ha affermato il ricercatore dell'ORNL Juan-Carlos Idrobo.

Gli elettroni in orbita attorno a un atomo rientrano in quattro grandi categorie:s, P, d e f – in base a fattori tra cui simmetria e livelli di energia.

"Abbiamo osservato che gli stati d del silicio partecipano al legame solo quando il silicio è coordinato bidimensionalmente, " disse Idrobo. "Ci sono molti elementi come il cromo, ferro da stiro, e il rame dove gli stati d o gli elettroni giocano un ruolo dominante nel determinare come l'elemento si lega in un materiale."

Studiando la struttura atomica ed elettronica del grafene e individuando eventuali impurità, i ricercatori possono prevedere meglio quali aggiunte elementari miglioreranno le prestazioni del materiale.

Alterare leggermente la composizione chimica del grafene potrebbe personalizzare il materiale, rendendolo più adatto per una varietà di applicazioni. Per esempio, un'aggiunta elementare può rendere il materiale un sostituto migliore per i convertitori catalitici al platino nelle automobili, mentre un altro può consentirgli di funzionare meglio in dispositivi elettronici o come membrana.

Il grafene ha il potenziale per sostituire il funzionamento interno dei gadget elettronici che le persone usano ogni giorno grazie alla sua capacità di condurre calore ed elettricità e alla sua trasparenza ottica. Offre un'alternativa più economica e abbondante all'indio, una risorsa limitata ampiamente utilizzata nel rivestimento conduttivo trasparente presente in quasi tutti i dispositivi di visualizzazione elettronici come i display digitali nelle automobili, televisori, laptop e dispositivi portatili come telefoni cellulari, tablet e lettori musicali.

I ricercatori si aspettano che le tecniche di imaging dimostrate all'ORNL vengano utilizzate per comprendere le strutture atomiche e le caratteristiche di legame degli atomi in altri materiali bidimensionali, pure.