Un team di ricerca internazionale ha studiato per la prima volta le proprietà ottiche del grafene nanoporoso tridimensionale alla linea di luce a infrarossi IRIS dell'anello di immagazzinamento di elettroni BESSY II. Gli esperimenti mostrano che le eccitazioni plasmoniche (oscillazioni della densità di carica) in questo nuovo materiale possono essere controllate con precisione dalla dimensione dei pori e dall'introduzione di impurità atomiche. Ciò potrebbe facilitare la produzione di sensori chimici altamente sensibili.

Il carbonio è un elemento molto versatile. Non solo forma diamanti, grafite, e carbone, ma può anche assumere una forma planare come matrice esagonale - grafene. Questo materiale, costituito da un solo strato atomico, possiede molte proprietà estreme. è altamente conduttivo, otticamente trasparente, ed è meccanicamente flessibile e in grado di sopportare carichi. André Geim e Konstantin Novoselov hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica 2010 per la scoperta di questa forma esotica di carbonio. E proprio di recente, un team giapponese è riuscito a impilare strati di grafene bidimensionali in un'architettura tridimensionale con pori di dimensioni nanometriche.

plasmoni sintonizzabili

Un team di ricerca gestito da un gruppo dell'Università La Sapienza di Roma ha condotto per la prima volta un'indagine dettagliata sulle proprietà ottiche del grafene 3D al BESSY II. Il team è stato in grado di accertare dai dati come le oscillazioni della densità di carica, conosciuti come plasmoni, propagarsi nel grafene tridimensionale. Così facendo, hanno determinato che questi plasmoni seguono le stesse leggi fisiche del grafene 2D. Però, la frequenza dei plasmoni nel grafene 3D può essere controllata in modo molto preciso, sia introducendo impurità atomiche (doping), dalla dimensione dei nanopori, o legando molecole specifiche in determinati modi al grafene. In questo modo, il nuovo materiale potrebbe anche prestarsi alla produzione di sensori chimici specifici, come scrivono gli autori in Comunicazioni sulla natura . Inoltre, il nuovo materiale è interessante come materiale per elettrodi da impiegare nelle celle solari.

Vantaggi offerti dalla linea di luce IRIS

I ricercatori hanno utilizzato la linea di luce IRIS presso la sorgente di sincrotrone BESSY II a Berlino a loro vantaggio per le loro indagini. Lì è disponibile l'infrarosso a banda larga, che facilita in particolare l'analisi spettroscopica di nuovi materiali utilizzando radiazioni terahertz. "Una speciale modalità operativa dell'anello di immagazzinamento BESSY II chiamata low-alpha ci ha permesso di misurare la conduttività ottica del grafene tridimensionale con un rapporto segnale-rumore particolarmente elevato. Questo è difficilmente possibile con i metodi standard, soprattutto nella regione dei terahertz. Però, è proprio questa regione che è importante per osservare le proprietà fisiche critiche", dice il dottor Ulrich Schade, capogruppo alla linea di raggi infrarossi.