I ricercatori in Giappone hanno trovato un modo per formare due materiali, ciascuno composto da tre strati di grafene. Il grafene di ogni materiale è impilato in modo diverso e ha proprietà elettriche uniche. Il loro lavoro ha implicazioni per lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici, come i fotosensori che convertono la luce in energia elettrica.

Nel 2004, due scienziati si sono resi conto di aver isolato un singolo strato di atomi di carbonio sullo scotch utilizzato per pulire un cristallo di grafite. Da allora, il grafene ha catturato l'immaginazione dei ricercatori grazie alle sue affascinanti proprietà. È 200 volte più resistente dell'acciaio, è molto flessibile, ed è un ottimo conduttore di elettricità.

Gli atomi di carbonio del grafene sono disposti in esagoni, formando un reticolo a nido d'ape. Posizionare uno strato di grafene sopra l'altro porta alla formazione di grafene a doppio strato. Gli strati possono essere disposti in una delle due posizioni:i centri degli esagoni di carbonio di ogni strato possono essere organizzati immediatamente uno sopra l'altro, chiamato impilamento AA, oppure possono essere spostati in avanti in modo che un centro esagonale in uno strato sia sopra un atomo di carbonio sotto di esso, chiamato AB-stacking. L'impilamento AB di due strati di grafene porta alla formazione di un materiale con proprietà semiconduttive applicando un campo elettrico esterno.

Accatastare deliberatamente tre strati di grafene si è rivelato difficile. Ma farlo potrebbe aiutare i ricercatori a studiare come cambiano le proprietà fisiche dei materiali a tre strati in base all'orientamento dell'impilamento. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di nuovi dispositivi elettrici. I ricercatori dell'Università giapponese di Tohoku e dell'Università di Nagoya hanno ora fabbricato due diversi tipi di grafene a tre strati con proprietà elettriche diverse.

Hanno riscaldato il carburo di silicio usando uno dei due metodi. In un esperimento, il carburo di silicio è stato riscaldato a 1, 510°C sotto pressione di argon. In un altro, è stato riscaldato a 1, 300°C in alto vuoto. Entrambi i materiali sono stati quindi spruzzati con gas idrogeno in cui i legami sono stati rotti per formare singoli atomi di idrogeno. Si sono quindi formati due tipi di grafene a tre strati. Il carburo di silicio riscaldato sotto argon pressurizzato si è formato in grafene impilato ABA, in cui gli esagoni degli strati superiore e inferiore erano esattamente allineati mentre lo strato intermedio era leggermente spostato. Il carburo di silicio riscaldato nel vuoto si è sviluppato in grafene impilato ABC, in cui ogni strato era leggermente spostato di fronte a quello sottostante.

I ricercatori hanno quindi esaminato le proprietà fisiche di ciascun materiale e hanno scoperto che i loro elettroni si comportavano in modo diverso. Il grafene ABA era un ottimo conduttore elettrico, simile al grafene monostrato. Il grafene ABC, d'altra parte, agisce più come il grafene AB in quanto aveva proprietà di semiconduttore.

"L'attuale successo nella fabbricazione selettiva di grafene a tre strati ABA e ABC amplierebbe la fattibilità di dispositivi nanoelettronici basati su grafene con numeri di strati variabili e sequenze di impilamento, "concludono i ricercatori nel loro studio pubblicato sulla rivista Materiali NPG Asia .