Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per caratterizzare le proprietà del grafene senza applicare contatti elettrici distruttivi, consentendo loro di studiare sia la resistenza che la capacità quantistica del grafene e di altri materiali bidimensionali. I ricercatori dello Swiss Nanoscience Institute e del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea hanno riportato i loro risultati sulla rivista Physical Review Applied.

Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. è trasparente, più duro del diamante e più forte dell'acciaio, ma flessibile, e un conduttore di elettricità significativamente migliore del rame. Poiché il grafene è stato isolato per la prima volta nel 2004, scienziati di tutto il mondo hanno studiato le sue proprietà e le possibili applicazioni per il materiale ultrasottile. Esistono anche altri materiali bidimensionali con campi di applicazione altrettanto promettenti; però, poche ricerche sono state effettuate sulle loro strutture elettroniche.

Non c'è bisogno di contatti elettrici

I contatti elettrici vengono solitamente utilizzati per caratterizzare le proprietà elettroniche del grafene e di altri materiali bidimensionali. Però, questi possono alterare significativamente le proprietà dei materiali. Il team del professor Christian Schönenberger dello Swiss Nanoscience Institute e del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea ha ora sviluppato un nuovo metodo per studiare queste proprietà senza applicare i contatti.

Per fare questo, gli scienziati hanno incorporato il grafene nell'isolatore nitruro di boro, lo mise su un superconduttore e lo accoppiò con un risonatore a microonde. Sia la resistenza elettrica che la capacità quantica del grafene influenzano il fattore di qualità e la frequenza di risonanza del risonatore. Sebbene questi segnali siano molto deboli, possono essere catturati utilizzando risonatori superconduttori.

Confrontando le caratteristiche a microonde dei risonatori con e senza grafene incapsulato, gli scienziati possono determinare sia la resistenza elettrica che la capacità quantistica. "Questi parametri sono importanti nella determinazione delle proprietà esatte del grafene e nell'identificazione dei fattori limitanti per la sua applicazione, " spiega Simon Zihlmann, uno studente di dottorato nel gruppo di Schönenberger.

Adatto anche per altri materiali bidimensionali

Il grafene incapsulato con nitruro di boro è servito come materiale prototipo durante lo sviluppo del metodo. Il grafene integrato in altri materiali può essere studiato allo stesso modo. Inoltre, possono essere caratterizzati anche altri materiali bidimensionali senza l'utilizzo di contatti elettrici; Per esempio, il semiconduttore disolfuro di molibdeno, che ha applicazioni nelle celle solari e nell'ottica.