Attualmente, la maggior parte delle parti di uno smartphone sono fatte di silicio e altri composti, che sono costosi e si rompono facilmente, ma con quasi 1,5 miliardi di smartphone acquistati in tutto il mondo lo scorso anno, i produttori sono alla ricerca di qualcosa di più durevole e meno costoso.

Il dottor Elton Santos della Queen's University's School of Mathematics and Physics, ha lavorato con un team di scienziati di prim'ordine della Stanford University, Università della California, California State University e il National Institute for Materials Science in Giappone, creare nuovi dispositivi ibridi dinamici in grado di condurre elettricità a velocità senza precedenti e leggeri, durevole e facile da fabbricare in impianti di semiconduttori su larga scala.

Il team ha scoperto che combinando molecole semiconduttrici C ₆₀ con materiali stratificati, come grafene e hBN, potrebbero produrre una tecnologia materiale unica, che potrebbe rivoluzionare il concetto di smart device.

La combinazione vincente funziona perché hBN fornisce stabilità, compatibilità elettronica e carica di isolamento al grafene mentre C ₆₀ può trasformare la luce del sole in elettricità. Qualsiasi dispositivo intelligente realizzato con questa combinazione trarrebbe vantaggio dal mix di funzionalità uniche, che non esistono nei materiali naturalmente. Questo processo, che si chiama solidi di van der Waals, permette di accostare e assemblare i composti in modo predefinito.

Il dottor Elton Santos spiega:"I nostri risultati mostrano che questo nuovo 'materiale miracoloso' ha proprietà fisiche simili al silicio ma ha una migliore stabilità chimica, leggerezza e flessibilità, che potrebbe essere potenzialmente utilizzato in dispositivi intelligenti e sarebbe molto meno probabile che si rompa.

"Il materiale potrebbe anche significare che i dispositivi utilizzano meno energia rispetto a prima a causa dell'architettura del dispositivo, quindi potrebbe migliorare la durata della batteria e ridurre le scosse elettriche".

Ha aggiunto:"Riunendo scienziati di tutto il mondo con esperienza in chimica, fisica e scienza dei materiali siamo stati in grado di lavorare insieme e utilizzare simulazioni per prevedere come tutti i materiali potrebbero funzionare quando combinati e, in definitiva, come questi potrebbero funzionare per aiutare a risolvere i problemi di tutti i giorni.

"Questa ricerca all'avanguardia è tempestiva e un tema caldo che coinvolge i principali attori del settore, che apre un chiaro percorso internazionale per mettere Queen's sulla tabella di marcia di ulteriori indagini eccezionali".

Il progetto è partito inizialmente dal lato della simulazione, dove il Dr. Santos ha predetto che tale assemblaggio di hBN, grafene e C60 potrebbero dare origine a un solido con notevoli nuove proprietà fisiche e chimiche. Quindi, ha parlato con i suoi collaboratori Professor Alex Zettl e Dr. Claudia Ojeda-Aristizabal presso l'Università della California, e la California St University di Long Beach (CA) sui risultati. C'era una forte sinergia tra teoria ed esperimenti durante tutto il progetto.

Il dottor Santos ha dichiarato:"È una sorta di 'progetto da sogno' per un teorico poiché l'accuratezza raggiunta negli esperimenti corrispondeva notevolmente a ciò che avevo previsto e questo non è normalmente facile da trovare. Il modello ha fatto diverse ipotesi che si sono rivelate completamente Giusto."

Le scoperte, che sono stati pubblicati su una delle riviste più prestigiose al mondo ACS Nano , aprire le porte per ulteriori esplorazioni di nuovi materiali. Un problema che deve ancora essere risolto con l'attuale ricerca del team è che il grafene e la nuova architettura del materiale mancano di un "gap di banda", che è la chiave per le operazioni di accensione e spegnimento eseguite dai dispositivi elettronici.

Però, Il team del dottor Santos sta già esaminando una potenziale soluzione:i dichalcogenuri dei metalli di transizione (TMD). Questi sono un argomento caldo al momento in quanto sono chimicamente molto stabili, hanno grandi fonti di produzione e band gap che rivaleggiano con il silicio.

Spiega:"Utilizzando questi risultati, ora abbiamo prodotto un modello ma in futuro speriamo di aggiungere una funzionalità aggiuntiva con i TMD. Questi sono semiconduttori, che bypassano il problema del band gap, quindi ora abbiamo un vero transistor all'orizzonte."