Zhongkai Liu è uno studente laureato presso lo Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) allo SLAC e uno dei due autori principali della ricerca. Attestazione:Brad Plummer/SLAC
(Phys.org) —Il grafene, il materiale più sottile e resistente conosciuto nell'universo e un formidabile conduttore di elettricità e calore, ottiene molte delle sue straordinarie proprietà dal fatto che occupa solo due dimensioni:ha lunghezza e larghezza ma non altezza , perché è fatto di un singolo strato di atomi.
Ora gli scienziati hanno scoperto un materiale 3-D che si comporta come il grafene 2-D. Sebbene questo particolare materiale sia molto instabile, la ricerca mostra che potrebbe essere possibile trovare un materiale con le proprietà che il grafene ha da offrire in uno spessore maggiore, forma più robusta che è più facile da trasformare in dispositivi elettronici.
Il gruppo di ricerca, compresi scienziati dei laboratori nazionali SLAC e Lawrence Berkeley, hanno riportato i loro risultati oggi in Science Express .
"Da quando il grafene è stato isolato nel 2004, ricercatori di tutto il mondo hanno cercato modi per sfruttare appieno le sue numerose proprietà desiderabili, " ha detto Yulin Chen dell'Università di Oxford, che era un fisico al Berkeley Lab quando iniziò lo studio. "Ma proprio ciò che rende speciale il grafene - il fatto che sia costituito da un singolo strato di atomi - a volte rende difficile lavorarci, e una sfida per la produzione."
Il grafene è un foglio di atomi di carbonio dello spessore di un atomo staccato da un pezzo di grafite, che è familiare come la mina delle matite. Uno dei suoi tratti distintivi è lo strano comportamento dei suoi elettroni:quando sono confinati in questo sottile strato di atomi regolarmente spaziati, queste particelle leggere agiscono come se non avessero alcuna massa. Ciò consente loro di sfrecciare attraverso il materiale molto più velocemente del solito. I ricercatori stanno esplorando modi per utilizzare queste proprietà per realizzare transistor molto veloci, sensori e persino elettrodi trasparenti.
Alcuni anni fa, i teorici hanno proposto che un materiale più spesso - tecnicamente noto come semimetallo Dirac topologico tridimensionale - potrebbe avere le stesse proprietà elettroniche del grafene 2-D. La corsa era per vedere se questo era vero. Se un tale materiale esistesse, costituirebbe un nuovo stato quantico della materia, definito dal comportamento unico dei suoi elettroni.
Il gruppo di Chen ha studiato un composto di sodio-bismuto, N / A 3 Bi che era stato identificato come un probabile candidato dai teorici Zhong Fang e Xi Dai dell'Accademia cinese delle scienze, chi sono i coautori del nuovo rapporto.
Il suo laboratorio a Oxford ha prelevato campioni del composto e li ha portati all'Advanced Light Source del Berkeley Lab per i test, resi molto più difficili dal fatto che Na 3 Bi inizia a bollire e si trasforma in polvere quando esposto all'aria.
"Questo materiale era stato prodotto molto tempo fa, ma le persone non avevano gli strumenti potenti di cui avevano bisogno per misurare la sua struttura elettronica, " disse Zhongkai Liu, uno studente laureato con SIMES, lo Stanford Institute for Materials and Energy Sciences presso SLAC, che ha eseguito i test con il ricercatore post-dottorato Bo Zhou del Berkeley Lab e di Oxford.
Test accurati hanno rivelato che Na 3 La struttura elettronica di Bi gli consente di comportarsi come il grafene, ha detto Liu. Sebbene questo particolare composto sia troppo instabile per essere utilizzato nei dispositivi, il team sta testando composti più stabili e sta cercando modi per adattarli alle applicazioni, Egli ha detto.
Joel E. Moore, un fisico della materia condensata presso l'Università della California-Berkeley e Berkeley Lab che non è stato coinvolto nella ricerca, notato in un recente commento online che anche altri gruppi di ricerca hanno perseguito composti candidati, con diversi rapporti di successo inediti.
La prossima domanda, scrisse, è "se questi semimetalli 3-D supporteranno tanti fenomeni interessanti quanto il grafene". Ha aggiunto che questi materiali possono essere un punto di partenza per altri stati della materia, e che la raffica di nuovi esempi "dovrebbe portare a una più ampia considerazione da parte dei teorici di quale fisica interessante potrebbe consentire questa classe di materiali".
