è la doppia elica, con la sua struttura stabile e flessibile di informazioni genetiche, che ha reso possibile la vita sulla Terra in primo luogo. Ora un team dell'Università tecnica di Monaco (TUM) ha scoperto una struttura a doppia elica in un materiale inorganico. Il materiale costituito da stagno, iodio e fosforo è un semiconduttore dalle straordinarie proprietà ottiche ed elettroniche, oltre ad un'estrema flessibilità meccanica.

Flessibile ma robusto:questo è uno dei motivi per cui la natura codifica le informazioni genetiche sotto forma di doppia elica. Gli scienziati della TU Munich hanno ora scoperto una sostanza inorganica i cui elementi sono disposti a forma di doppia elica.

La sostanza chiamata SnIP, comprendente gli elementi stagno (Sn), iodio (I) e fosforo (P), è un semiconduttore. Però, a differenza dei materiali semiconduttori inorganici convenzionali, è altamente flessibile. Le fibre lunghe un centimetro possono essere piegate arbitrariamente senza rompersi.

"Questa proprietà di SnIP è chiaramente attribuibile alla doppia elica, "dice Daniela Pfister, che ha scoperto il materiale e lavora come ricercatore nel gruppo di lavoro di Tom Nilges, Professore di Sintesi e Caratterizzazione di Materiali Innovativi alla TU Munich. "SnIP può essere facilmente prodotto su una scala di grammi ed è, a differenza dell'arseniuro di gallio, che ha caratteristiche elettroniche simili, molto meno tossico".

Innumerevoli possibilità di applicazione

Le proprietà semiconduttive di SnIP promettono un'ampia gamma di opportunità applicative, dalla conversione dell'energia nelle celle solari e negli elementi termoelettrici ai fotocatalizzatori, sensori ed elementi optoelettronici. Dopando con altri elementi, le caratteristiche elettroniche del nuovo materiale possono essere adattate a un'ampia gamma di applicazioni.

A causa della disposizione degli atomi sotto forma di doppia elica, le fibre, lunghi fino a un centimetro possono essere facilmente suddivisi in fili più sottili. Le fibre più sottili fino ad oggi comprendono solo cinque filamenti a doppia elica e sono spesse solo pochi nanometri. Ciò apre le porte anche alle applicazioni nanoelettroniche.

"Soprattutto la combinazione di interessanti proprietà dei semiconduttori e flessibilità meccanica ci dà grande ottimismo riguardo alle possibili applicazioni, " dice il professor Nilges. "Rispetto alle celle solari organiche, speriamo di ottenere una stabilità significativamente maggiore dai materiali inorganici. Per esempio, SnIP rimane stabile fino a circa 500°C (930 °F)."

Solo all'inizio

"Simile al carbonio, dove abbiamo il diamante tridimensionale (3D), il grafene bidimensionale e i nanotubi monodimensionali, " spiega il professor Nilges, "abbiamo qui, accanto al materiale semiconduttore 3D silicio e al materiale 2D fosforene, per la prima volta un materiale unidimensionale, con prospettive entusiasmanti quanto i nanotubi di carbonio".

Proprio come con i nanotubi di carbonio e gli inchiostri da stampa a base di polimeri, Le doppie eliche SnIP possono essere sospese in solventi come il toluene. In questo modo, strati sottili possono essere prodotti in modo semplice ed economico. "Ma siamo solo all'inizio della fase di sviluppo dei materiali, " dice Daniela Pfister. "Ogni singolo passaggio del processo deve ancora essere elaborato."

Poiché i filamenti a doppia elica di SnIP sono disponibili in varianti sinistrorse e destrorse, i materiali che comprendono solo uno dei due dovrebbero presentare caratteristiche ottiche speciali. Questo li rende molto interessanti per le applicazioni optoelettroniche. Ma, finora non è disponibile alcuna tecnologia per separare le due varianti.

I calcoli teorici dei ricercatori hanno dimostrato che un'intera gamma di ulteriori elementi dovrebbe formare questo tipo di doppie eliche inorganiche. Si attende un'ampia protezione brevettuale. I ricercatori stanno ora lavorando intensamente alla ricerca di processi di produzione adeguati per ulteriori materiali.

Un'ampia alleanza interdisciplinare sta lavorando alla caratterizzazione del nuovo materiale:le misurazioni di fotoluminescenza e conducibilità sono state effettuate presso l'Istituto Walter Schottky della TU di Monaco. I chimici teorici dell'Università di Augusta hanno collaborato ai calcoli teorici. I ricercatori dell'Università di Kiel e del Max Planck Institute of Solid State Research di Stoccarda hanno eseguito indagini al microscopio elettronico a trasmissione. Gli spettri Mössbauer e le proprietà magnetiche sono stati misurati presso l'Università di Augusta, mentre i ricercatori della TU Cottbus hanno contribuito alle misurazioni della termodinamica.