È stato dimostrato che un nuovo materiale atomicamente sottile simile al grafene è un nuovo materiale superconduttivo promettente.

Fosforo nero - un materiale a strati, in qualche modo simile alla grafite - ha generato molto entusiasmo tra scienziati e ingegneri a causa delle sue molte proprietà elettroniche e ottiche interessanti e utili.

Proprio come la grafite è composta da milioni di strati di grafene, il fosforo nero è costituito da strati di fosforene che possono essere isolati. Una nuova ricerca ora rivela che il fosforene possiede proprietà intriganti come il grafene.

Combinando il grafene e altri nuovi materiali 2-D come il fosforene, che singolarmente hanno ottime caratteristiche complementari alle straordinarie proprietà del grafene, ha portato a interessanti sviluppi scientifici e potrebbe produrre applicazioni ancora oltre la nostra immaginazione.

Ora il fosforene sta aiutando gli scienziati a rispondere alla domanda se i materiali costituiti da un solo strato di atomi possano essere superconduttori. I superconduttori conducono elettricità con resistenza zero e sono sempre ricercati per le loro potenziali applicazioni nei sensori, linee elettriche ad alta efficienza energetica e magneti in grado di generare grandi campi magnetici, come quelli utilizzati negli scanner MRI e nei treni levitanti.

Usando il fosforene, un team dell'Università di Manchester guidato dalla professoressa Irina Grigorieva mostra chiaramente che i materiali atomicamente sottili possono essere veri superconduttori fintanto che un numero sufficiente di elettroni viene pompato negli strati.

I superconduttori atomicamente sottili sono desiderabili nei dispositivi in ​​miniatura, ma sono anche di grande interesse per gli scienziati perché possono essere usati per testare idee sui limiti dell'esistenza della superconduttività.

I materiali sfusi spesso diventano superconduttori se viene aggiunta una quantità sufficiente di elettroni e iniziano a interagire fortemente tra loro. La superconduttività in materiali bidimensionali dello spessore di un atomo è stata scoperta solo un decennio fa, ma i risultati spesso si riferivano non a strati atomicamente sottili isolati ma ai loro assemblaggi di massa e le prove erano finora deboli e talvolta controverse.

In un rapporto pubblicato su Comunicazioni sulla natura , gli scienziati hanno utilizzato un processo chiamato intercalazione – essenzialmente rivestendo strati di fosforene in fosforo nero con diversi atomi alcalini che donano i loro elettroni al fosforene. In ogni caso questo ha trasformato il fosforo nero in un superconduttore con esattamente le stesse proprietà, indipendentemente dal tipo di atomi utilizzati per aggiungere elettroni agli strati di fosforene.

La prof.ssa Irina Grigorieva ha dichiarato:"Non si sapeva nulla di simile prima. Questa nuova comprensione è importante per lo sviluppo di materiali atomicamente sottili verso applicazioni nell'elettronica e nelle tecnologie quantistiche".

Renyan Zhang, uno studente di dottorato che ha guidato lo sforzo sperimentale, disse:"Fosforene e il suo materiale progenitore, fosforo nero, sono per molti aspetti simili al grafene e alla grafite, quindi ci aspettavamo che ogni metallo donatore di elettroni producesse un superconduttore diverso, come nel caso del grafene e della grafite. Ma con nostra grande sorpresa tutti i donatori di metalli hanno prodotto esattamente lo stesso materiale superconduttore, con proprietà identiche."