L'uso di molecole organiche redox-attive e ioni metallici magnetici come elementi costitutivi molecolari per i materiali rappresenta una nuova strategia verso nuovi tipi di materiali 2D che mostrano sia un'elevata conduttività elettronica che un ordine magnetico. Credito:Kasper Steen Pedersen e We Love People.
Un team internazionale guidato dall'assistente professore Kasper Steen Pedersen, Chimica DTU, ha sintetizzato un nuovo nanomateriale con proprietà elettriche e magnetiche che lo rendono adatto ai futuri computer quantistici e ad altre applicazioni nell'elettronica.
Cromo-cloruro-pirazina (formula chimica CrCl 2 (pirazina) 2 ) è un materiale stratificato, che è un precursore di un cosiddetto materiale 2-D. In linea di principio, un materiale 2-D ha uno spessore di una sola molecola e questo porta spesso a proprietà molto diverse da quelle dello stesso materiale in una normale versione 3-D; non ultimo dei quali, le proprietà elettriche saranno diverse. Mentre in un materiale 3-D, gli elettroni possono prendere qualsiasi direzione, in un materiale 2-D saranno limitati a muoversi orizzontalmente, fintanto che la lunghezza d'onda dell'elettrone è più lunga dello spessore dello strato 2-D.
Ibrido organico/inorganico
Il grafene è il materiale 2-D più noto. Il grafene è costituito da atomi di carbonio in una struttura reticolare, che dà la sua notevole forza. Dalla prima sintesi di grafene nel 2004, centinaia di altri materiali 2-D sono stati sintetizzati, alcuni dei quali potrebbero essere candidati per applicazioni di elettronica quantistica. Però, il nuovo materiale si basa su un concetto molto diverso. Mentre gli altri candidati sono tutti inorganici, proprio come il grafene, il cromo-cloruro-pirazina è un materiale ibrido organico/inorganico.
"Il materiale segna un nuovo tipo di chimica, in cui siamo in grado di sostituire vari elementi costitutivi nel materiale e quindi modificare le sue proprietà fisiche e chimiche. Questo non può essere fatto nel grafene. Per esempio, non si può scegliere di sostituire metà degli atomi di carbonio nel grafene con un altro tipo di atomo. Il nostro approccio consente di progettare proprietà in modo molto più accurato di quanto noto in altri materiali 2-D, "Spiega Kasper Steen Pedersen.
L'uso di molecole organiche redox-attive e ioni metallici magnetici come elementi costitutivi molecolari per i materiali rappresenta una nuova strategia verso nuovi tipi di materiali 2D che mostrano sia un'elevata conduttività elettronica che un ordine magnetico. Credito:Kasper Steen Pedersen e We Love People.
Oltre alle proprietà elettriche, anche le proprietà magnetiche in Cromo-Cloruro-Pirazina possono essere accuratamente progettate. Ciò è particolarmente rilevante in relazione alla "spintronica".
"Mentre nella normale elettronica, viene utilizzata solo la carica degli elettroni, Ma anche lo spin degli elettroni, che è una proprietà della meccanica quantistica, viene utilizzato nella spintronica. Questo è molto interessante per le applicazioni di calcolo quantistico. Perciò, lo sviluppo di materiali su scala nanometrica che sono sia conduttivi che magnetici è più rilevante, "Note di Kasper Steen Pedersen.
Un nuovo mondo di materiali 2-D
Oltre all'informatica quantistica, cromo-cloruro-pirazina può essere di interesse nei futuri superconduttori, catalizzatori, batterie, celle a combustibile, ed elettronica in genere.
Le aziende non sono desiderose di iniziare subito a produrre il materiale, il ricercatore sottolinea:"Non ancora, almeno! Questa è ancora una ricerca fondamentale. Poiché stiamo proponendo un materiale sintetizzato da un approccio completamente nuovo, una serie di domande rimangono senza risposta. Ad esempio, non siamo ancora in grado di determinare il grado di stabilità del materiale nelle varie applicazioni. Però, anche se il cromo-cloruro-pirazina dovesse per qualche motivo rivelarsi inadatto alle varie possibili applicazioni, i nuovi principi alla base della sua sintesi saranno ancora rilevanti. Questa è la porta che si apre su un nuovo mondo di materiali 2-D più avanzati".
