I ricercatori di tutto il mondo sono alla ricerca di nuovi materiali sintetici con proprietà speciali come la superconduttività, ovvero la conduzione di corrente elettrica senza resistenza. Queste nuove sostanze rappresentano un passo importante nello sviluppo di un'elettronica ad alta efficienza energetica. Il materiale di partenza è spesso una struttura a nido d'ape monostrato di atomi di carbonio (grafene).

I calcoli teorici prevedono che il composto noto come grafene kagome dovrebbe avere proprietà completamente diverse dal grafene. Il grafene Kagome è costituito da uno schema regolare di esagoni e triangoli equilateri che si circondano l'un l'altro. Il nome kagome deriva dall'antica arte giapponese della tessitura del kagome, in cui i cesti sono intrecciati con lo stesso motivo.

Reticolo di Kagome con nuove proprietà

Ricercatori del Dipartimento di Fisica e dello Swiss Nanoscience Institute dell'Università di Basilea, in collaborazione con l'Università di Berna, hanno prodotto e studiato per la prima volta il grafene kagome, come riportano sul giornale Angewandte Chemie . Le misurazioni dei ricercatori hanno prodotto risultati promettenti che indicano proprietà elettriche o magnetiche insolite.

Per produrre il grafene kagome, il team ha applicato un precursore a un substrato d'argento mediante deposizione di vapore e poi lo ha riscaldato per formare un intermedio organometallico sulla superficie del metallo. Ulteriore riscaldamento prodotto kagome grafene, che è costituito esclusivamente da atomi di carbonio e azoto e presenta lo stesso schema regolare di esagoni e triangoli.

Forti interazioni tra elettroni

"Abbiamo usato il tunneling a scansione e i microscopi a forza atomica per studiare le proprietà strutturali ed elettroniche del reticolo kagome, " riferisce il dottor Rémy Pawlak, primo autore dello studio. Con microscopi di questo tipo, i ricercatori possono sondare le proprietà strutturali ed elettriche dei materiali usando una punta minuscola, in questo caso, la punta era terminata con singole molecole di monossido di carbonio.

Così facendo, i ricercatori hanno osservato che gli elettroni di un'energia definita, che viene selezionato applicando una tensione elettrica, sono "intrappolati" tra i triangoli che compaiono nel reticolo cristallino del grafene kagome. Questo comportamento distingue chiaramente il materiale dal grafene convenzionale, dove gli elettroni sono distribuiti attraverso vari stati energetici nel reticolo, in altre parole, sono delocalizzati.

"La localizzazione osservata nel grafene kagome è desiderabile ed è proprio quello che stavamo cercando, " spiega il professor Ernst Meyer, che guida il gruppo in cui sono stati realizzati i progetti. "Provoca forti interazioni tra gli elettroni e, a sua volta, queste interazioni forniscono la base per fenomeni insoliti, come la conduzione senza resistenza."

Ulteriori indagini in programma

Le analisi hanno anche rivelato che il grafene kagome presenta proprietà semiconduttive, in altre parole, le sue proprietà conduttive possono essere attivate o disattivate, come con un transistor. In questo modo, il grafene kagome differisce significativamente dal grafene, la cui conduttività non può essere attivata e disattivata con la stessa facilità.

Nelle successive indagini, il team staccherà il reticolo kagome dal suo substrato metallico e ne studierà ulteriormente le proprietà elettroniche. "La struttura a banda piatta identificata negli esperimenti supporta i calcoli teorici, che prevedono che eccitanti fenomeni elettronici e magnetici potrebbero verificarsi nei reticoli di kagome. Nel futuro, il grafene kagome potrebbe fungere da elemento fondamentale per componenti elettronici sostenibili ed efficienti, "dice Ernst Meyer.