Grafene, uno strato bidimensionale estremamente sottile della grafite usata nelle matite, si inarca quando si raffredda mentre è attaccato a una superficie piana, risultando in bellissimi modelli di pucker che potrebbero avvantaggiare la ricerca di nuovi materiali quantistici e superconduttori, secondo la ricerca condotta da Rutgers sulla rivista Natura .

I materiali quantistici ospitano elettroni fortemente interagenti con proprietà speciali, come traiettorie intricate, che potrebbe fornire elementi costitutivi per computer quantistici super veloci. Possono anche diventare superconduttori che potrebbero ridurre il consumo di energia rendendo più efficienti la trasmissione di potenza e i dispositivi elettronici.

"La deformazione che abbiamo scoperto nel grafene imita l'effetto di campi magnetici colossali che sono irraggiungibili con le odierne tecnologie magnetiche, portando a cambiamenti drammatici nelle proprietà elettroniche del materiale, " ha detto l'autore principale Eva Y. Andrei, Professore del Board of Governors presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della School of Arts and Sciences della Rutgers University-New Brunswick. "L'instabilità di film sottili e rigidi come il grafene laminato su materiali flessibili sta guadagnando terreno come piattaforma per l'elettronica estensibile con molte importanti applicazioni, comprese le fotocamere digitali simili a occhi, raccolta di energia, sensori della pelle, dispositivi di monitoraggio della salute come minuscoli robot e guanti chirurgici intelligenti. La nostra scoperta apre la strada allo sviluppo di dispositivi per il controllo di nano-robot che un giorno potrebbero svolgere un ruolo nella diagnostica biologica e nella riparazione dei tessuti».

Gli scienziati hanno studiato cristalli di grafene deformati le cui proprietà cambiano radicalmente quando vengono raffreddati, creando essenzialmente nuovi materiali con elettroni che rallentano, prendere coscienza l'uno dell'altro e interagire fortemente, consentendo l'emergere di fenomeni affascinanti come la superconduttività e il magnetismo, secondo Andrea.

Utilizzando immagini ad alta tecnologia e simulazioni al computer, gli scienziati hanno dimostrato che il grafene posto su una superficie piana fatta di diseleniuro di niobio, si inarca quando si raffredda a 4 gradi sopra lo zero assoluto. Per gli elettroni nel grafene, il paesaggio montano e vallivo creato dall'instabilità appare come giganteschi campi magnetici. Questi campi pseudo-magnetici sono un'illusione elettronica, ma agiscono come veri campi magnetici, secondo Andrea.

"La nostra ricerca dimostra che l'instabilità nei materiali 2-D può alterare drasticamente le loro proprietà elettroniche, " lei disse.

I prossimi passi includono lo sviluppo di modi per progettare materiali 2-D deformati con nuove proprietà elettroniche e meccaniche che potrebbero essere utili nella nanorobotica e nell'informatica quantistica, secondo Andrea.

Il primo autore è Jinhai Mao, già ricercatore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e ora ricercatore presso l'Università dell'Accademia delle Scienze cinese.