Nel 2004, i ricercatori hanno scoperto un materiale super sottile che è almeno 100 volte più forte dell'acciaio e il conduttore più noto di calore ed elettricità.

Ciò significa che il materiale, grafene, potrebbe portare un'elettronica più veloce di quanto sia possibile oggi con il silicio.

Ma per essere veramente utile, il grafene avrebbe bisogno di trasportare una corrente elettrica che si accende e si spegne, come quello che fa il silicio sotto forma di miliardi di transistor su un chip di computer. Questa commutazione crea stringhe di 0 e 1 che un computer utilizza per elaborare le informazioni.

ricercatori della Purdue University, in collaborazione con l'Università del Michigan e la Huazhong University of Science and Technology, mostrano come una tecnica laser potrebbe sollecitare permanentemente il grafene ad avere una struttura che consenta il flusso di corrente elettrica.

Questa struttura è un cosiddetto "gap di banda". Gli elettroni hanno bisogno di saltare attraverso questo divario per diventare elettroni di conduzione, che li rende capaci di trasportare corrente elettrica. Ma il grafene non ha naturalmente un band gap.

I ricercatori della Purdue hanno creato e ampliato il band gap nel grafene a un record di 2,1 elettronvolt. Per funzionare come un semiconduttore come il silicio, il band gap dovrebbe essere almeno il record precedente di 0,5 elettronvolt.

"Questa è la prima volta che uno sforzo ha raggiunto band gap così elevati senza influenzare il grafene stesso, come attraverso il doping chimico. Abbiamo semplicemente teso il materiale, "ha detto Gary Cheng, professore di ingegneria industriale alla Purdue, il cui laboratorio ha studiato vari modi per rendere il grafene più utile per applicazioni commerciali.

La presenza di una banda proibita consente ai materiali semiconduttori di passare da isolante a conduttore di corrente elettrica, a seconda che i loro elettroni siano spinti o meno attraverso la banda proibita.

Il superamento di 0,5 elettronvolt sblocca ancora più potenziale per il grafene nei dispositivi elettronici di prossima generazione, dicono i ricercatori. Il loro lavoro appare in un numero di Materiale avanzato .

"I ricercatori in passato hanno aperto il band gap semplicemente allungando il grafene, ma lo stretching da solo non allarga molto il band gap. È necessario modificare in modo permanente la forma del grafene per mantenere aperta la banda proibita, " Ha detto Cheng.

Cheng e i suoi collaboratori non solo hanno mantenuto aperto il band gap nel grafene, ma è anche arrivato al punto in cui la larghezza del gap poteva essere sintonizzata da zero a 2,1 elettronvolt, dando a scienziati e produttori la possibilità di utilizzare solo determinate proprietà del grafene a seconda di ciò che vogliono che il materiale faccia.

I ricercatori hanno reso permanente la struttura del gap di banda nel grafene utilizzando una tecnica chiamata imprinting laser shock, che Cheng ha sviluppato nel 2014 insieme agli scienziati dell'Università di Harvard, l'Istituto di Studi Avanzati di Madrid e l'Università della California, San Diego.

Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un laser per creare impulsi di onde d'urto che hanno penetrato un foglio sottostante di grafene. Lo shock laser deforma il grafene su uno stampo simile a una trincea, modellandolo in modo permanente. La regolazione della potenza del laser regola il gap di banda.

Pur essendo ancora lontani dal mettere il grafene nei dispositivi semiconduttori, la tecnica garantisce una maggiore flessibilità nello sfruttare l'ottica del materiale, proprietà magnetiche e termiche, Cheng ha detto.