Nuovi esperimenti hanno dimostrato che è possibile che correnti estremamente elevate passino attraverso il grafene, una forma di carbonio. Ciò consente di correggere rapidamente gli squilibri di carica elettrica.

Di nuovo, il grafene si è dimostrato un materiale piuttosto speciale:un team di ricerca internazionale guidato dal professor Fritz Aumayr dell'Istituto di fisica applicata della TU Wien è stato in grado di dimostrare che gli elettroni nel grafene sono estremamente mobili e reagiscono molto rapidamente. L'impatto di ioni xeno con una carica elettrica particolarmente elevata su un film di grafene provoca la rimozione di un gran numero di elettroni dal grafene in un punto molto preciso. Però, il materiale è stato in grado di sostituire gli elettroni entro alcuni femtosecondi. Ciò ha provocato correnti estremamente elevate, che non verrebbe mantenuto in circostanze normali. Le sue straordinarie proprietà elettroniche rendono il grafene un candidato molto promettente per future applicazioni nel campo dell'elettronica.

L'Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf e l'Università di Duisburg-Essen hanno partecipato all'esperimento insieme alla TU Wien. Il team internazionale ha ricevuto supporto teorico da Parigi e San Sebastian, nonché dal personale interno (Istituto di Fisica Teorica presso TU Wien).

Ioni altamente carichi

'Lavoriamo con ioni xeno estremamente carichi, ' spiega Elisabeth Gruber, uno studente di dottorato del gruppo di ricerca del professor Aumayr. "Fino a 35 elettroni vengono rimossi dagli atomi di xeno, il che significa che gli atomi hanno un'elevata carica elettrica positiva.'

Questi ioni vengono quindi sparati su un singolo strato indipendente di grafene, che è bloccato tra parentesi microscopiche. "Lo ione xeno penetra nel film di grafene, eliminando così un atomo di carbonio dal grafene, ma questo ha un effetto molto limitato, poiché lo spazio che si è aperto nel grafene viene poi riempito con un altro atomo di carbonio, ' spiega Elisabeth Gruber. 'Per noi, ciò che è molto più interessante è come il campo elettrico dello ione altamente carico influenzi gli elettroni nel film di grafene.'

Ciò accade anche prima che lo ione xenon altamente carico entri in collisione con il film di grafene. Quando lo ione altamente carico si avvicina, inizia a strappare elettroni dal grafene a causa del suo campo elettrico estremamente forte. Quando lo ione è completamente passato attraverso lo strato di grafene, ha una carica positiva inferiore a 10, rispetto a oltre 30 quando è iniziato. Lo ione è in grado di estrarre più di 20 elettroni da una piccola area del film di grafene.

Ciò significa che gli elettroni ora mancano dallo strato di grafene, quindi gli atomi di carbonio che circondano il punto di impatto degli ioni xeno sono caricati positivamente. "Quello che ti aspetteresti che accada ora è che questi ioni di carbonio carichi positivamente si respingano a vicenda, volando via in quella che viene chiamata un'esplosione di Coulomb e lasciando un ampio spazio nel materiale, ' dice Richard Wilhelm dell'Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf, che attualmente lavora presso TU Wien come assistente post-dottorato. 'Ma sorprendentemente, Questo non è il caso. La carica positiva nel grafene viene neutralizzata quasi istantaneamente.'

Ciò è possibile solo perché un numero sufficiente di elettroni può essere sostituito nel grafene in un lasso di tempo estremamente breve di diversi femtosecondi (quadrillionesimi di secondo). 'La risposta elettronica del materiale all'interruzione causata dallo ione xeno è estremamente rapida. Le forti correnti dalle regioni vicine del film di grafene riforniscono prontamente gli elettroni prima che un'esplosione sia causata dalle cariche positive che si respingono a vicenda, ' spiega Elisabeth Gruber. "La densità di corrente è circa 1000 volte superiore a quella che porterebbe alla distruzione del materiale in circostanze normali, ma su queste distanze e scale temporali, il grafene può resistere a correnti così estreme senza subire alcun danno.'

Elettronica ultra veloce

Questa mobilità elettronica estremamente elevata nel grafene è di grande importanza per una serie di potenziali applicazioni:"La speranza è che proprio per questo motivo, sarà possibile utilizzare il grafene per costruire elettronica ultraveloce. Il grafene sembra anche essere particolarmente adatto per l'uso in ottica, ad esempio nel collegamento di componenti ottici ed elettronici, "dice Aumayr.