Un team che comprende fisici dell'Università di Basilea è riuscito a utilizzare la microscopia a forza atomica per ottenere immagini chiare dei singoli atomi di impurità nei nastri di grafene. Grazie alle forze misurate nel reticolo di carbonio bidimensionale del grafene, sono stati in grado di identificare per la prima volta il boro e l'azoto, come riportano i ricercatori sulla rivista Progressi scientifici .

Il grafene è costituito da uno strato bidimensionale di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. I forti legami tra gli atomi di carbonio rendono il grafene estremamente stabile ma flessibile. È anche un eccellente conduttore elettrico attraverso il quale l'elettricità può fluire quasi senza perdite.

Le proprietà distintive del grafene possono essere ulteriormente ampliate incorporando atomi di impurità in un processo noto come "doping". Gli atomi di impurità provocano cambiamenti locali della conduzione che, Per esempio, consentono di utilizzare il grafene come un minuscolo transistor e consentono la costruzione di circuiti.

In una collaborazione tra scienziati dell'Università di Basilea e l'Istituto nazionale per la scienza dei materiali di Tsukuba in Giappone, Università di Kanazawa e Università Kwansei Gakuin in Giappone, e l'Università Aalto in Finlandia, i ricercatori hanno creato ed esaminato specificamente nastri di grafene contenenti atomi di impurità.

Hanno sostituito particolari atomi di carbonio nel reticolo esagonale con atomi di boro e azoto usando la chimica di superficie, ponendo composti precursori organici adatti su una superficie d'oro. Sotto esposizione al calore fino a 400°C, minuscoli nastri di grafene formati sulla superficie dell'oro dai precursori, compresi gli atomi di impurità in siti specifici.

Gli scienziati del team guidato dal professor Ernst Meyer dello Swiss Nanoscience Institute e del Dipartimento di fisica dell'Università di Basilea hanno esaminato questi nastri di grafene utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM). Hanno usato una punta funzionalizzata con monossido di carbonio e misurato le minuscole forze che agiscono tra la punta e i singoli atomi.

Questo metodo consente di rilevare anche le più piccole differenze di forza. Osservando le diverse forze, i ricercatori sono stati in grado di mappare e identificare i diversi atomi. "Le forze misurate per gli atomi di azoto sono maggiori di quelle per un atomo di carbonio, " spiega il dottor Shigeki Kawai, autore principale dello studio ed ex postdoc nel team di Meyer. "Abbiamo misurato le forze più piccole per gli atomi di boro". Le diverse forze possono essere spiegate dalla diversa proporzione delle forze repulsive, che è dovuto ai diversi raggi atomici.

Le simulazioni al computer hanno confermato le letture, dimostrando che la tecnologia AFM è adatta per condurre analisi chimiche di atomi di impurità nei promettenti composti di carbonio bidimensionali.