Il grafene è un materiale straordinario:leggero, forte, trasparente ed elettricamente conduttivo. Può anche convertire il calore in elettricità. I ricercatori hanno recentemente sfruttato questa proprietà termoelettrica per creare un nuovo tipo di rivelatore di radiazioni.

Classificato come bolometro, il nuovo dispositivo ha un tempo di risposta rapido e, a differenza della maggior parte degli altri bolometri, funziona su un ampio intervallo di temperature. Con un design semplice e un costo relativamente basso, questo dispositivo potrebbe essere ingrandito, consentendo una vasta gamma di applicazioni commerciali. I ricercatori descrivono questa settimana un rilevatore di radiazioni a base di grafene in Lettere di fisica applicata , da AIP Publishing.

Si prevedeva che la scoperta del grafene nel 2004 avrebbe preannunciato un tipo completamente nuovo di tecnologia. "Ma sfortunatamente, ci sono alcune forti limitazioni fondamentali per questo materiale, " ha affermato Grigory Skoblin della Chalmers University of Technology in Svezia. "Oggi, le reali applicazioni industriali del grafene sono piuttosto limitate."

Grafene:composto da singoli fogli di atomi di carbonio che formano un piatto, struttura reticolare esagonale:è stata utilizzata principalmente per le sue proprietà meccaniche.

"Ma il nostro dispositivo mostra che proprietà più fondamentali possono essere utilizzate in applicazioni reali, " ha detto Skoblin. Il nuovo bolometro si basa sulle proprietà termoelettriche del grafene. Le radiazioni riscaldano parte del dispositivo, inducendo gli elettroni a muoversi. Gli elettroni spostati generano un campo elettrico, che crea una differenza di tensione attraverso il dispositivo. La variazione di tensione fornisce quindi una misura essenzialmente diretta della radiazione.

Altri dispositivi si basano sulla generazione di corrente elettrica o sul cambiamento di resistenza per radiazione in entrata. Ma misurare le variazioni di corrente o resistenza richiede una fonte di alimentazione esterna per generare una corrente iniziale. Il meccanismo è molto più semplice rispetto ad altri bolometri, secondo Skoblin.

Il pezzo di grafene nel nuovo bolometro è piccolo, quindi è uno dei bolometri più veloci perché si riscalda e risponde rapidamente. Per di più, il dispositivo rimane sensibile alle radiazioni a temperature fino a 200 gradi Celsius. I bolometri convenzionali in genere funzionano solo a temperature criogeniche.

Altri ricercatori hanno precedentemente realizzato bolometri al grafene, con proprietà migliori rispetto a questo nuovo dispositivo, ma questi modelli contengono un doppio strato di grafene, rendendoli più difficili da scalare, ha detto Skoblin.

Un altro vantaggio del nuovo dispositivo è il suo rivestimento. I ricercatori hanno precedentemente sviluppato un metodo per rivestire il grafene con un polimero dielettrico chiamato parylene, che offre un buon equilibrio tra prestazioni e scalabilità. È possibile ottenere prestazioni migliori rivestendo con nitruro di boro esagonale, Skoblin ha detto, ma è difficile da acquisire e le tecniche di rivestimento sono difficili da ampliare. Altri studi suggeriscono che un bolometro con rivestimento in nitruro di boro esagonale sarebbe meno efficiente.

Il prototipo del bolometro funziona solo con radiazioni a microonde a 94 gigahertz, ma i progetti futuri amplieranno la gamma di frequenze. Prossimo, i ricercatori hanno in programma di realizzare il dispositivo utilizzando la deposizione chimica da vapore per far crescere pezzi più grandi di grafene, aprendo la strada alla produzione di massa.