Un team di fisici e chimici ha prodotto i primi nastri porosi di grafene in cui specifici atomi di carbonio nel reticolo cristallino vengono sostituiti con atomi di azoto. Questi nastri hanno proprietà semiconduttive che li rendono attraenti per applicazioni in elettronica e informatica quantistica, come riportato da ricercatori delle Università di Basilea, Berna, Lancaster e Warwick nel Giornale della Società Chimica Americana .

Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in una struttura a nido d'ape. Il materiale è di interesse non solo nella ricerca di base, ma anche per varie applicazioni date le sue proprietà uniche, che includono un'eccellente conduttività elettrica, nonché una resistenza e una rigidità sorprendenti. I team di ricerca di tutto il mondo stanno lavorando per espandere ulteriormente queste caratteristiche sostituendo gli atomi di carbonio nel reticolo cristallino con atomi di elementi diversi. Inoltre, le proprietà elettriche e magnetiche possono essere modificate anche dalla formazione di pori nel reticolo.

Struttura a scala

Ora, un team di ricercatori guidati dal fisico Professor Ernst Meyer dell'Università di Basilea e dal chimico Dr. Shi-Xia Liu dell'Università di Berna sono riusciti a produrre i primi nastri di grafene il cui reticolo cristallino contiene sia pori periodici che uno schema regolare di atomi di azoto. La struttura di questo nuovo materiale ricorda una scala, con ogni piolo contenente due atomi di azoto.

Per sintetizzare questi porosi, nastri di grafene contenenti azoto, i ricercatori hanno riscaldato i singoli mattoni passo dopo passo su una superficie d'argento nel vuoto. I nastri si formano a temperature fino a 220°C. La microscopia a forza atomica ha permesso ai ricercatori non solo di monitorare le singole fasi della sintesi, ma anche per confermare la perfetta struttura a scala - e stabilità - della molecola.

Proprietà straordinarie

Utilizzando la microscopia a effetto tunnel, anche gli scienziati del Dipartimento di Fisica e dello Swiss Nanoscience Institute (SNI) dell'Università di Basilea hanno dimostrato che questi nuovi nastri di grafene non erano più conduttori elettrici, come grafene puro, ma in realtà si comportavano come semiconduttori. I colleghi delle università di Berna e Warwick hanno confermato questi risultati eseguendo calcoli teorici delle proprietà elettroniche. "Le proprietà dei semiconduttori sono essenziali per le potenziali applicazioni in elettronica, poiché la loro conduttività può essere regolata in modo specifico, "dice il dottor Rémy Pawlak, primo autore dello studio.

Dalla letteratura, è noto che un'elevata concentrazione di atomi di azoto nel reticolo cristallino provoca la magnetizzazione dei nastri di grafene quando sottoposti a un campo magnetico. "Ci aspettiamo questi porosi, nastri di grafene drogato con azoto per mostrare straordinarie proprietà magnetiche, " dice Ernst Meyer. "In futuro, i nastri potrebbero quindi essere di interesse per applicazioni nel calcolo quantistico".