Nonostante la sua struttura sia relativamente semplice, il grafene, la forma bidimensionale cristallina del carbonio ricavata dalla grafite (Galileo, “Sottile come un atomo”), continua a sorprendere per le sue insolite proprietà. Una recente ricerca condotta da Zhiqiang Li presso il Laboratorio Nazionale di Sorgenti di Luce Avanzate dell’Università della California (San Diego), pubblicata su Nature Physics, ha infatti evidenziato inaspettate caratteristiche di questo materiale dal punto di vista della conduzione di elettricità e dell’assorbimento di radiazioni.
I primi cristalli singoli di questo foglio di grafite (un solo strato di atomi di carbonio arrangiati nella struttura a esagono) sono stati ottenuti nel 2004. Da allora diversi studi hanno mostrano che il grafene si comporta in maniera piuttosto diversa dalla grafite estesa.
Alcune caratteristiche della grafite sono note da tempo, come la semiconduzione. “Il grafene, però, non ha niente a che vedere con i semicondutori ordinari”, spiega Li: “Alcune delle insolite proprietà dipendono dal fatto che il carbonio ha quattro elettroni e solo tre sono impegnati nei legami sul piano (quelli che rendono possibile la struttura bidimensionale, ndr.). Il quarto elettrone, che si estende verticalmente rispetto agli altri, sembra libero di muoversi su grandi distanze senza collidere con gli altri elettroni. Come risultato il carattere di semiconduttore risulta dalle dieci alle cento volte maggiore che in altri materiali tradizionali”.
L’esperimento di Li rivela però molte interazioni tra gli elettroni, e più complesse di quanto ci si aspetterebbe dalla sua struttura. La teoria vorrebbe infatti che gli elettroni nel grafene non intraggissero l’uno con l’altro, né con gli atomi di carbonio. Sottoposto a raggi infrarossi, invece, il grafene dimostra sorprendentemente un notevole assorbimento (secondo il modello di elettroni indipendenti si prevedeva un assorbimento nullo). Inoltre, la velocità degli elettroni non risulta costante, ma dipendente dall’energia. Secondo i ricercatori, questi dati, oltre a mettere in discussione alcuni modelli teorici, aprono nuove possibili applicazioni del grafene nell’ottica e nella nanoelettronica. (m.f.)
