Dalla scoperta del grafene circa un decennio fa, gli scienziati hanno studiato i modi per progettare i gap di banda elettronici nel materiale per produrre semiconduttori in grado di creare nuovi dispositivi elettronici. Un team di ricercatori dello Yale-NUS College, il Centro per i materiali 2D avanzati e il Dipartimento di fisica della National University of Singapore (NUS) e l'Università del Texas ad Austin (UT Austin) hanno stabilito un quadro teorico per comprendere le proprietà elastiche ed elettroniche del grafene. I risultati sono stati pubblicati nel febbraio 2015 in Comunicazioni sulla natura .

Grafene, un foglio di atomi di carbonio dello spessore di un solo atomo disposti in un reticolo a nido d'ape, è uno dei materiali più semplici con proprietà meccaniche ed elettroniche senza rivali. Il materiale è stato salutato dagli scienziati come un ottimo conduttore di elettroni grazie alla sua forza e al suo peso ridotto. Nel 2013, ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno scoperto che posizionando il grafene sopra il nitruro di boro esagonale, un altro materiale dello spessore di un atomo con proprietà simili creerà un materiale ibrido che condivide la straordinaria capacità del grafene di condurre elettroni, mentre si aggiunge il band gap necessario per formare transistor e altri dispositivi a semiconduttore. semiconduttori, che può passare dallo stato conduttivo a quello isolante, sono la base dell'elettronica moderna. Le ragioni per cui il materiale ibrido si è comportato come tale non sono state spiegate fino a quando questo nuovo quadro teorico è stato creato dai ricercatori di Yale-NUS, NUS e UT Austin.

Per sfruttare appieno le proprietà del materiale ibrido per la creazione di semiconduttori vitali, un robusto band gap senza alcun degrado nelle proprietà elettroniche è un requisito necessario. I ricercatori hanno concluso che è necessario utilizzare un quadro teorico che tratti allo stesso modo le proprietà elettroniche e meccaniche per fare previsioni affidabili per questi nuovi materiali ibridi.

Shaffique Adam, Assistant Professor presso lo Yale-NUS College e il Dipartimento di Fisica NUS, disse, " Questo quadro teorico è il primo del suo genere e può essere generalmente applicato a vari materiali bidimensionali. Prima del nostro lavoro, si presumeva comunemente che quando un materiale 2D viene posizionato sopra un altro, ciascuno di essi rimane planare e rigido. Il nostro lavoro ha mostrato che il loro accoppiamento elettronico induce una sollecitazione meccanica significativa, allungando e restringendo i legami in tre dimensioni, e che queste distorsioni modificano le proprietà elettroniche. Troviamo che il band gap dipende da diversi fattori tra cui l'angolo tra i due fogli e la loro rigidità meccanica. Andando avanti, continueremo a esplorare teoricamente i parametri ottimali per creare bandgap più ampi che possono essere utilizzati per un'ampia gamma di tecnologie. "

Pablo Jarillo Herrero, il Mitsui Career Development Associate Professor of Physics al MIT, il cui team di ricerca ha segnalato per la prima volta le lacune di banda in questo nuovo materiale ibrido di grafene ha affermato, "Questo lavoro teorico ha aumentato l'accuratezza e la prevedibilità del calcolo del gap di banda indotto nel grafene, che possono consentire applicazioni del grafene nell'elettronica digitale e nell'optoelettronica. Se siamo in grado di aumentare l'entità del band gap attraverso nuove ricerche, questo potrebbe aprire la strada a nuovi dispositivi nanoelettronici e optoelettronici flessibili e indossabili".