Lo studio è stato condotto sotto la guida di un gruppo di ricerca internazionale che comprendeva il Prof. Michael Urbakh e il Prof. Oded Hod della Scuola di Chimica del TAU, nonché scienziati provenienti da Cina, Corea del Sud e Giappone. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature .

Il Prof. Urbakh e il Prof. Hod spiegano che il grafene è in realtà un singolo strato di grafite fatto di atomi di carbonio e costruito in modo simile alla forma di un alveare. Il grafene è molto adatto per usi tecnologici.

Oltre alla sua straordinaria resistenza meccanica, negli ultimi anni sono state scoperte ulteriori proprietà riguardanti alcune strutture costituite da un piccolo numero di strati di grafene ritorti (ruotati lateralmente l'uno rispetto all'altro). Queste proprietà includono superconduttività, polarizzazione elettrica spontanea, conduzione del calore controllata e superlubrificabilità strutturale, uno stato in cui i materiali dimostrano attrito e usura trascurabili.

Uno dei limiti per l’utilizzo del grafene nell’industria elettronica è che si tratta di un semimetallo, cioè che i portatori di carica possono muoversi liberamente al suo interno, ma la loro densità è molto bassa. Pertanto, il grafene non può essere utilizzato né come metallo conduttore né come semiconduttore utilizzato dall'industria dei chip elettronici.

Tuttavia, se strisce lunghe e sottili di grafene (chiamate nanonastri di grafene) vengono ritagliate da un ampio foglio di grafene, i portatori di carica quantistica vengono confinati all’interno della dimensione ristretta, il che li rende semiconduttori e ne consente l’uso nei dispositivi di commutazione quantistica. Ad oggi, esistono numerosi ostacoli all'utilizzo dei nanonastri di grafene nei dispositivi, tra cui la sfida di far crescere in modo riproducibile fogli stretti e lunghi isolati dall'ambiente.

In questo nuovo studio, i ricercatori sono stati in grado di sviluppare un metodo per far crescere cataliticamente nanonastri di grafene stretti, lunghi e riproducibili direttamente all'interno di pile isolanti esagonali di nitruro di boro, oltre a dimostrare le massime prestazioni nei dispositivi di commutazione quantistica basati sui nastri appena cresciuti . L'esclusivo meccanismo di crescita è stato rivelato utilizzando strumenti avanzati di simulazione della dinamica molecolare sviluppati e implementati dai team israeliani.

Questi calcoli hanno dimostrato che l'attrito ultrabasso in determinate direzioni di crescita all'interno del cristallo di nitruro di boro determina la riproducibilità della struttura del nastro, consentendogli di crescere fino a lunghezze senza precedenti direttamente all'interno di un ambiente pulito e isolato.

I ricercatori vedono questo sviluppo come una svolta scientifica e tecnologica nel campo dei nanomateriali, che dovrebbe aprire la porta a un'ampia gamma di studi che porteranno al loro utilizzo nell'industria della nanoelettronica.

Il Prof. Urbakh e il Prof. Hod riassumono:"L'importanza di questo nuovo sviluppo è che per la prima volta è ora possibile fabbricare dispositivi di commutazione nanoelettronici a base di carbonio direttamente all'interno di una matrice isolante. Questi dispositivi avranno probabilmente molte applicazioni tecnologiche, compresi i sistemi elettronici e spintronici e persino i dispositivi di calcolo quantistico."