(Phys.org)—La ricerca sulle proprietà elettroniche del super-materiale grafene potrebbe portarci un passo avanti nel portarlo dal laboratorio allo sviluppo per l'uso in prodotti commerciali. Gli scienziati della struttura SuperSTEM presso il Daresbury Laboratory del Consiglio delle strutture scientifiche e tecnologiche del Regno Unito hanno, per la prima volta, stato in grado di osservare cambiamenti nella struttura elettronica del grafene poiché è legato a un elemento estraneo aggiunto ad esso solo un atomo alla volta. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista, Nano lettere .

Primo isolato nel 2004 presso l'Università di Manchester, Il materiale "miracoloso" il grafene è il più leggero, materiale più resistente e conduttivo conosciuto dall'uomo, con un grande potenziale di commercializzazione grazie alla sua resistenza meccanica e proprietà elettroniche senza pari. È 200 volte più resistente dell'acciaio ma, a un solo atomo di spessore e quindi bidimensionale, è estremamente difficile da manipolare per sfruttare questi vantaggi, o legarlo con altri materiali per sviluppare prodotti commerciabili. Commercialmente ha il potenziale per avere applicazioni che vanno dalle telecomunicazioni alla tecnologia energetica e all'elettronica. È anche in grado di condurre l'elettricità un milione di volte meglio del rame ed è più forte di altri conduttori esistenti.

Un problema importante che deve essere affrontato prima che il grafene possa essere applicato a un prodotto commerciale è che manca di una caratteristica chiamata "gap di banda", che significa che, in pratica, sarebbe quasi impossibile "spegnere" un transistor elettronico a base di grafene puro. Uno dei modi promettenti per progettare un gap di banda nel grafene e superare questa limitazione è attraverso la modifica chimica, noto come doping.

Però, come materiale bidimensionale, il grafene è tutto superficie ed è quindi completamente esposto al suo ambiente e fortemente influenzato da ciò che lo circonda. La più piccola delle variazioni strutturali può avere effetti enormi sulle sue proprietà.

Guidato dal Professor Quentin Ramasse di SuperSTEM, insieme a ricercatori delle Università di Leeds e Manchester, il team è stato ora in grado di osservare la più piccola delle variazioni che si verificano quando un foglio di grafene viene drogato con un singolo atomo di silicio.

Professor Quentin Ramasse, Direttore Scientifico di SuperSTEM, disse:

"Quello che abbiamo mostrato qui non riguarda con quale particolare atomo di grafene dovrebbe essere drogato per sfruttare le sue proprietà elettriche, ma che abbiamo la capacità di vedere, nei minimi dettagli, esattamente come un singolo atomo estraneo si integra all'interno del grafene - se si inserisce perfettamente, o se sta distorcendo il reticolo del grafene di appena 10 trilionesimi di metro, e soprattutto come le distorsioni e la precisa disposizione dei legami influenzano la struttura elettronica di quell'atomo e del suo ambiente. Tali piccoli cambiamenti nel legame di questi elementi possono a loro volta influenzare significativamente il comportamento macroscopico del foglio di grafene, e in particolare la sua risposta elettrica, quindi è essenziale essere in grado di rilevare letteralmente l'impronta digitale dell'incollaggio di questi materiali, un atomo alla volta. Ciò potrebbe aprire la strada alla ricerca per identificare quali atomi si legheranno al grafene in modo più appropriato. Si potrebbe dire che questo segna l'inizio della chimica fisica sperimentale a livello di singolo atomo".

La precisa caratterizzazione del legame dei singoli atomi è essenziale per lo sviluppo di applicazioni pratiche di materiali bidimensionali, come il grafene. A dicembre il Cancelliere, George Osborne, ha annunciato 21,5 milioni di sterline di finanziamenti tramite l'EPSRC per i più promettenti progetti di ricerca relativi al grafene nelle università del Regno Unito, nei piani per aumentare la "producibilità" del grafene.