Grafene in real time

È grazie al più potente microscopio elettronico al mondo che i ricercatori statunitensi si sono conquistati la copertina di Science. Team 0.5 sta per Transmission Electron Aberration-corrected Microscope e ha filmato in tempo reale, per la prima volta, il comportamento degli atomi di carbonio al “bordo” di uno strato di grafene forato con l’irradiazione di elettroni. Il microscopio – capace di riprodurre immagini con una risoluzione di mezzo Angstrom, cioè meno del diametro di un singolo atomo di idrogeno – ha mostrato, confermando i dati teorici, qual è la configurazione più stabile degli atomi “al limite”.

Emmanuele Cappelluti – fisico e studioso dei sistemi complessi dell’Istituto nazionale per la fisica della materia (Infm-Cnr) di Roma – ha spiegato a Galileo che il microscopio di trasmissione elettronica utilizza una sorta di “punta” che registra la corrente: “In ogni punto sappiamo con precisione quanta corrente passa, e mettendo assieme tutti i punti si ha una scansione del sistema intero: la traduzione dei diversi dati in differenti colori ci dà le immagini di quello che avviene ai bordi del grafene”. A seconda del tipo di bordo che si crea si possono avere strati metallici o semiconduttori con caratteristiche fisiche diverse, e questo perché ogni bordo ha delle capacità elettroniche specifiche. “Per esempio”, continua Cappelluti, “se potessi creare una sorta di manopola che regola il passaggio di corrente, in sostanza avrei un transistor”. Ma se studiare le dinamiche degli atomi di carbonio al bordo del grafene è certamente utile, per ora siamo molto lontani dalla possibilità di intervenire manipolandone le potenzialità di conduzione. “In questo senso”, conclude il ricercatore, “il valore aggiunto dello studio riportato da Science sta soprattutto nella tecnica” (qui il link).

Le configurazioni a cui tendono gli atomi di carbonio quando si va a forare un foglio di grafene sono due, a seconda della direzione in cui viene tagliato il materiale: una viene detta a “zig zag”, l’altra “armchair”. Che differenza c’è? I due bordi possibili sono diversi per proprietà di conduzione e stabilità.  “Se io “perdo” un atomo di carbonio nella configurazione a zig zag, spiega Cappelluti, “agli atomi adiacenti non accade nulla, la struttura rimane pressoché inalterata e rimpiazzarlo sarà facile. Invece, nella configurazione detta armchair, la perdita di un atomo sarà seguita da quella dell’atomo che gli sta accanto”. E rimpiazzare due atomi sarà più difficile o, per dirla con i fisici, certamente meno probabile. (r.s.)

Riferimento: DOI: 10.1126/science.1166999