I materiali ultrasottili come il grafene promettono una rivoluzione nella nanoscienza e nella tecnologia. Ricercatori presso la Chalmers University of Technology, Svezia, hanno pubblicato uno studio in Comunicazioni sulla natura in cui presentano un metodo per controllare i bordi di materiali bidimensionali utilizzando una sostanza chimica "magica".

"Il nostro metodo consente di controllare i bordi, atomo per atomo, in un modo semplice e scalabile, utilizzando solo un riscaldamento mite insieme ad abbondanti, prodotti chimici ecologici, come il perossido di idrogeno, "dice Battulga Munkhbat, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica della Chalmers University of Technology, e primo autore dell'articolo.

I materiali sottili come un singolo strato atomico sono noti come bidimensionali, o 2-D, materiali. L'esempio più noto è il grafene, così come il bisolfuro di molibdeno, il suo analogo a semiconduttore. I futuri sviluppi nel campo potrebbero trarre vantaggio dallo studio di una caratteristica particolare inerente a tali materiali:i loro bordi. Il controllo dei bordi è un problema scientifico impegnativo, perché sono molto diversi rispetto al corpo principale di un materiale 2-D. Per esempio, un tipo specifico di bordo che si trova nei dicalcogenuri dei metalli di transizione (noti come TMD, come il suddetto bisolfuro di molibdeno), possono avere proprietà magnetiche e catalitiche.

I tipici materiali TMD hanno bordi che possono esistere in due varianti distinte, noto come zigzag o poltrona. Queste alternative sono così diverse che le loro proprietà fisiche e chimiche non sono affatto simili. Ad esempio, i calcoli prevedono che i bordi a zigzag sono metallici e ferromagnetici, mentre i bordi delle poltrone sono semiconduttori e non magnetici. Simile a queste notevoli variazioni nelle proprietà fisiche, ci si potrebbe aspettare che anche le proprietà chimiche dello zigzag e dei bordi delle poltrone siano molto diverse. Se è così, potrebbe essere possibile che alcune sostanze chimiche possano dissolvere i bordi della poltrona, lasciando inalterati quelli a zigzag.

Ora, una sostanza chimica così magica è esattamente ciò che i ricercatori di Chalmers hanno scoperto, sotto forma di normale perossido di idrogeno. All'inizio, i ricercatori sono rimasti completamente sorpresi dai nuovi risultati.

"Non era solo che un tipo di bordo era dominante sugli altri, ma anche che i bordi risultanti erano estremamente nitidi, quasi atomicamente nitidi. Ciò indica che la sostanza chimica "magica" opera in un modo cosiddetto autolimitante, rimozione di materiale indesiderato atomo per atomo, alla fine con conseguente bordi al limite atomicamente tagliente. I modelli risultanti hanno seguito l'orientamento cristallografico del materiale TMD originale, producendo belle, nanostrutture esagonali atomicamente taglienti, "dice Battulga Munkhbat.

"Uno sviluppo estremamente affascinante"

Il nuovo metodo, che include una combinazione di metodi litografici top-down standard con un nuovo processo di incisione a umido anisotropo, permette quindi di realizzare bordi perfetti in materiali bidimensionali.

"Questo metodo apre possibilità nuove e senza precedenti per i materiali van der Waals (materiali 2-D stratificati). Ora possiamo combinare la fisica dei bordi con la fisica 2-D in un unico materiale. È uno sviluppo estremamente affascinante, "dice Timur Shegai, Professore Associato presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers e capofila del progetto di ricerca.

Questi e altri materiali correlati attirano spesso una significativa attenzione da parte della ricerca, in quanto consentono progressi cruciali all'interno della nanoscienza e della tecnologia, con potenziali applicazioni che vanno dall'elettronica quantistica a nuovi tipi di nano-dispositivi. Queste speranze si manifestano nell'ammiraglia del grafene, La più grande iniziativa di ricerca mai realizzata in Europa, che è coordinato dalla Chalmers University of Technology.

Per mettere la nuova tecnologia a disposizione dei laboratori di ricerca e delle aziende ad alta tecnologia, i ricercatori hanno fondato una start-up che offre materiali TMD di alta qualità atomicamente taglienti. I ricercatori hanno anche in programma di sviluppare ulteriormente applicazioni per questi metamateriali atomicamente taglienti.