Grafene, un meraviglioso materiale bidimensionale composto da un singolo strato di atomi di carbonio collegati in uno schema esagonale a rete metallica, ha suscitato un intenso interesse per la sua fenomenale capacità di condurre l'elettricità. Ora i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago hanno utilizzato batteri a forma di bastoncino, allineati con precisione in un campo elettrico, poi sottovuoto sotto un foglio di grafene - per introdurre increspature su scala nanometrica nel materiale, inducendolo a condurre gli elettroni in modo diverso in direzioni perpendicolari.

Il materiale risultante, una sorta di nano-velluto a coste di grafene, può essere applicato a un chip di silicio e può aumentare il potenziale quasi illimitato del grafene nell'elettronica e nella nanotecnologia. Il ritrovamento è riportato sulla rivista ACS Nano .

"La corrente attraverso le rughe di grafene è inferiore alla corrente lungo di esse, "dice Vikas Berry, professore associato e capo ad interim di ingegneria chimica presso l'UIC, che ha condotto la ricerca.

La chiave per la formazione di queste rughe, Egli ha detto, è l'estrema flessibilità del grafene su scala nanometrica, che permette la formazione di nanotubi di carbonio.

"La ruga apre una 'V' nella nuvola di elettroni attorno a ciascun atomo di carbonio, "Bacca ha detto, creando un momento di dipolo, che può aprire una banda proibita elettronica che il grafene piatto non ha.

Altri ricercatori hanno creato rughe nel grafene allungando il foglio e facendolo scattare indietro. Ma tali rughe non sono limitate alla microscala e non possono essere dirette verso una posizione su un micro-dispositivo, ha detto la bacca.

Lui e i suoi colleghi hanno escogitato un modo unico per introdurre circoscritti, guidato, e regolari increspature di grafene utilizzando batteri bacilli, utilizzando il grafene stesso come una valvola di ritegno per alterare il volume delle cellule.

I ricercatori hanno posto i batteri in un campo elettrico, facendoli allineare come file di hot dog in file ripetute. Quindi hanno applicato un foglio di grafene sopra.

"Sotto vuoto, il grafene si solleva, e fa uscire l'acqua, " disse Berry. Ma sotto pressione, il grafene si riposiziona sul substrato e impedisce all'acqua di rientrare nei batteri, Egli ha detto.

"È una valvola nanoscopica che attiva il flusso di fluido unidirezionale in un microrganismo, " Berry ha detto. "Futuristicamente, questa operazione della valvola potrebbe essere applicata a dispositivi microfluidici in cui vogliamo il flusso in una direzione ma non nell'altra".

Dopo che i batteri sono stati sottovuoto, il grafene si riconforma, ma con le rughe. Dopo il trattamento termico, le increspature permanenti risultanti in cima ai batteri sono tutte allineate longitudinalmente, con un'altezza da 7 a 10 nanometri, e una lunghezza d'onda di circa 32 nm.

Le rughe sono state osservate mediante microscopia elettronica a scansione ad emissione di campo, che deve essere fatto sotto vuoto spinto, e mediante microscopia a forza atomica a pressione atmosferica.

"La lunghezza d'onda [ripple] è proporzionale allo spessore del materiale, e il grafene è il materiale più sottile al mondo, " ha detto Berry. " Immaginiamo che con il grafene si possano creare le rughe di lunghezza d'onda più piccole del mondo - circa 2 nanometri".

Il prossimo obiettivo, Egli ha detto, sarà quello di creare processi per affinare ulteriormente le increspature e variarne l'ampiezza, lunghezza d'onda e lunghezza longitudinale.

Per misurare l'effetto dell'orientamento delle increspature sul trasporto del vettore, studente laureato Shikai Deng, l'autore principale dell'articolo, fabbricato un dispositivo a forma di più con batteri allineati parallelamente a una coppia di elettrodi e perpendicolare a un'altra coppia. Ha scoperto che la barriera di conduzione del grafene increspato era maggiore nella direzione trasversale rispetto alla direzione longitudinale.

L'introduzione delle increspature orientate al grafene rappresenta un materiale completamente nuovo, ha detto la bacca.

"Insieme ai nanotubi di carbonio, grafene e fullerene, questo è un nuovo allotropo di carbonio - un mezzo nanotubo di carbonio legato al grafene, " disse. "La struttura è diversa, e le proprietà elettroniche fondamentali sono nuove."