I materiali bidimensionali come il grafene mostrano proprietà affascinanti come la superconduttività, la forza straordinaria e fenomeni quantistici esotici. Gli scienziati del Forschungszentrum Jülich, insieme ai partner dell'Indian Institute of Technology di Patna e dell'Università australiana di Newcastle, hanno ora creato un materiale speciale di questo tipo che presenta un carattere metallico. È costituito da un solo strato atomico di atomi di molibdeno e viene chiamato anche "molibdenene".
Gli scienziati sono riusciti a produrre un sottile foglio di molibdeno metallico, spesso solo uno strato atomico. Il nuovo materiale è quindi altrettanto sottile del grafene, probabilmente il materiale 2D più conosciuto. Quest'ultimo è costituito da carbonio ed è stato isolato per la prima volta nel 2004. La scoperta ha suscitato grande attenzione perché il grafene conduce elettricità e calore molto meglio del rame ed è cento volte più stabile dell'acciaio.
Allo stesso tempo è eccezionalmente leggero e flessibile. Grazie alla sua speciale struttura 2D, il grafene mostra anche alcuni effetti elettromagnetici insoliti che potrebbero consentire innovazioni rivoluzionarie nel campo della tecnologia quantistica.
Negli ultimi anni sono stati introdotti altri materiali 2D come il fosforene o il germanene. Come il molibdenene, presentano alcune proprietà impressionanti, mentre quest’ultimo differisce ancora per alcuni aspetti dagli altri materiali 2D. "Molti materiali 2D sono sensibili al calore, ma il molibdenene no. Inoltre, questo è il primo materiale metallico 2D in cui è possibile preparare strati indipendenti", spiega la Prof.ssa Ilia Valov dell'Istituto Peter Grünberg (PGI-7) al Forschungszentrum Jülich.
I ricercatori hanno creato il nuovo materiale 2D utilizzando un forno a microonde, in cui hanno riscaldato una miscela di solfuro di molibdeno (MoS2 ) e grafene all'incandescenza ad una temperatura di circa 3000 gradi Celsius. In una reazione guidata dal campo elettrico a microonde, si sono formate strutture di capelli finemente ramificati in cui si trovano gli strati conici di molibdeno. Questi sono anche chiamati "baffi".
Nei primi test gli scienziati hanno già potuto osservare una serie di proprietà utili. "Il molibdenene è meccanicamente estremamente stabile. Potrebbe essere utilizzato, ad esempio, come rivestimento per gli elettrodi per rendere le batterie ancora più potenti e robuste", spiega Ilia Valov.
I ricercatori si aspettano che il materiale abbia ulteriori proprietà elettroniche esotiche, simili al grafene, a causa della sua speciale struttura 2D. A causa del suo carattere metallico, ha anche elettroni che si muovono liberamente. Questi si accumulano sui due lati del molibdenene, il che rende il materiale un candidato interessante come catalizzatore per accelerare le reazioni chimiche.
In collaborazione con l'Indian Institute of Technology di Patna e l'Università australiana di Newcastle, i ricercatori sono già riusciti a sviluppare un'applicazione scientifica pratica per il molibdenene. Grazie alla sua stabilità e all'eccellente conduttività elettrica e termica, è ideale come punta di misura per la microscopia a forza atomica (AFM) e la spettroscopia RAMAN con miglioramento della superficie (SERS).
Le registrazioni dei campioni iniziali mostrano che il molibdenene offre vari vantaggi rispetto ai tradizionali materiali per punte e, grazie alla sua forma sottile e piatta, è in grado di fornire una protezione particolarmente buona contro i segnali di interferenza indesiderati.
Ulteriori informazioni: Tumesh Kumar Sahu et al, Sintesi a microonde del molibdenene da MoS2 , Nanotecnologia naturale (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale
Fornito da Forschungszentrum Juelich
