Il grafene è un materiale bidimensionale meraviglioso che è stato suggerito per un'ampia gamma di applicazioni nel campo dell'energia, della tecnologia, dell'edilizia e altro ancora da quando è stato isolato per la prima volta dalla grafite nel 2004.
Questo singolo strato di atomi di carbonio è resistente ma flessibile, leggero ma ad alta resistenza, con il grafene calcolato per essere 200 volte più resistente dell'acciaio e cinque volte più leggero dell'alluminio.
Il grafene può sembrare perfetto, ma letteralmente non lo è. I campioni isolati di questo allotropo 2D non sono perfettamente piatti, con la superficie increspata. Il grafene può anche presentare difetti strutturali che, in alcuni casi, possono essere deleteri per la sua funzione e, in altri casi, possono essere essenziali per l'applicazione prescelta. Ciò significa che l'implementazione controllata dei difetti potrebbe consentire la messa a punto delle proprietà desiderate dei cristalli bidimensionali di grafene.
In un nuovo articolo su The European Physical Journal D , Milivoje Hadžijojić e Marko Ćosić, entrambi dell'Istituto Vinča di scienze nucleari, Università di Belgrado, Serbia, esaminano la diffusione arcobaleno dei fotoni che passano attraverso il grafene e come rivela la struttura e le imperfezioni di questo materiale meraviglioso.
Sebbene esistano altri modi per indagare sulle imperfezioni del grafene, questi presentano degli inconvenienti. Ad esempio, la spettroscopia Raman non è in grado di distinguere alcuni tipi di difetti, mentre la microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione può caratterizzare i difetti della struttura cristallina con una risoluzione eccezionale, ma gli elettroni energetici che utilizza possono degradare il reticolo cristallino.
"L'effetto arcobaleno non è così raro in natura. È stato scoperto anche nella diffusione di atomi e molecole. È stato rilevato in esperimenti di diffusione di ioni su cristalli sottili. In teoria abbiamo studiato una dispersione di protoni a bassa energia sul grafene e lo abbiamo dimostrato Anche in questo processo si verifica l’effetto arcobaleno," spiega Hadžijojić. "Inoltre, abbiamo dimostrato che la struttura del grafene e le vibrazioni termiche potrebbero essere studiate tramite l'effetto di diffusione dell'arcobaleno di protoni."
Utilizzando un processo chiamato diffusione dell'arcobaleno, i due hanno osservato la diffrazione rilevata mentre passava attraverso il grafene e hanno creato il motivo "arcobaleno".
Caratterizzando il modello di diffrazione, i ricercatori hanno scoperto che il grafene perfetto produceva un motivo arcobaleno in cui la parte centrale era un'unica linea con la parte interna che mostrava un modello con simmetria esagonale, una simmetria assente nel grafene imperfetto.
Gli scienziati hanno inoltre concluso che specifici tipi di difetti producono i propri distinti modelli arcobaleno e questo potrebbe essere utilizzato in ricerche future per identificare e caratterizzare i tipi di difetti in un campione di grafene.
"Il nostro approccio è piuttosto unico e potrebbe potenzialmente servire come utile tecnica complementare di caratterizzazione del grafene e di materiali bidimensionali simili", afferma Hadžijojić.
Ulteriori informazioni: M. Hadžijojić et al, Studio del grafene mediante diffusione dell'arcobaleno di protoni, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00664-y
Informazioni sul giornale: Giornale fisico europeo D
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