Il laser a grafene per lo sviluppo di un innovativo microscopio

(La Sapienza) – Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, e’ il primo rappresentante di una nuova classe di materiali cosiddetti bidimensionali. Resistente più dell’acciaio, flessibile come la plastica e piu’ leggero dell’alluminio, possiede caratteristiche termiche ed elettriche migliori di quelle del rame. Queste proprietà, straordinariamente riunite in un singolo materiale, hanno stimolato eccezionale interesse nella comunità scientifica. Nel 2013 è iniziato uno dei maggiori programmi di ricerca mai lanciati in Europa (Graphene Flagship) con un finanziamento di 1 miliardo di euro per 10 anni con lo scopo di portare il grafene dal laboratorio alla nostra vita quotidiana.

Un team di ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza, in collaborazione con la Cambridge University, il Politecnico di Milano e il CNR ha studiato gli effetti di impulsi di luce ultrabrevi (di durata inferiore a un milionesimo di milionesimo di secondo) sui processi di interazione tra le cariche elettriche e le vibrazioni dei nuclei, osservati per la prima volta dal punto di vista del reticolo atomico.

La possibilità di manipolare la distribuzione dei portatori di carica (elettroni) tramite perturbazioni esterne, apre eccezionali opportunità per diversi ambiti di applicazione. “L’utilizzo di un impulso di luce ultrabreve – afferma Tullio Scopigno coordinatore dalla ricerca – ha lo scopo di indurre un regime di fuori equilibrio termodinamico. Infatti, dopo l’applicazione di un campo elettromagnetico ultrabreve, la temperatura degli elettroni risulta molto più elevata di quella dei nuclei. Questo determina importanti modifiche nelle modalità attraverso le quali le vibrazioni reticolari interagiscono con i portatori di carica”

Lo studio ha importanti implicazioni per il campo emergente della fotonica dei materiali bidimensionali, ovvero per dispositivi quali celle solari, Led, touchscreen, photodetectors e laser impulsati. Per quest’ultima applicazione, in particolare, è in corso di registrazione un brevetto per la realizzazione di un innovativo sistema di microscopia in campo biomedico.

Riferimenti: Raman spectroscopy of graphene under ultrafast laser excitation; C. Ferrante, A. Virga, L. Benfatto, M. Martinati, D. De Fazio, U. Sassi, C. Fasolato, A. K. Ott, P. Postorino, D.Yoon, G. Cerullo, F. Mauri, A. C. Ferrari, T. Scopigno; Nature Communications