I materiali più sottili del mondo

Il grafene è il più famoso fra i materiali a due dimensioni, ma in realtà esiste tutta una famiglia di cristalli bi-dimensionali dalle qualità straordinarie. Sono ottimi isolanti e conduttori di elettricità formidabili e, se usati in combinazione e impilati gli uni sugli altri, danno vita ad altri materiali con nuove proprietà. Dal nitruro di boro esagonale al disolfuro di tungsteno, sono cristalli che mostrano proprietà diverse e complementari a quelle del grafene. Quest’ultimo è stato scoperto grazie a una striscia di nastro adesivo, che due ricercatori avevano usata per tirare via uno strato di grafite, il materiale derivato dal carbonio di cui sono fatte le comuni matite. Ma nel lavoro iniziale dei due studiosi, Geim e Novoselov, pubblicato nel 2005 sulla rivista dell’Accademia di Scienze degli Stati Uniti (Pnas) non solo la grafite, ma anche altri tipi di materiali sono stati esfoliati con il nastro adesivo. Quindi, sebbene il grafene sia il material bi-dimensionale più famoso, in realtà esiste una famiglia di cristalli bi-dimensionali alla quale si possono aggiungere anche i derivati chimici di grafene, come il ”graphane”.

I cristalli bi-dimensionali non grafenici mostrano proprietà diverse (e complementari) a quelle del grafene. Per esempio il nitruro di boro esagonale ha una struttura cristallografica simile a quella del grafene, ma proprietà molto diverse, infatti è un isolante. Per questa ragione, tale cristallo è spesso usato come barriera per isolare elettricamente i vari cristalli che compongono l’etero-struttura’. Il disolfuro di tungsteno è invece capace di assorbire la luce in modo molto efficiente e per questo può essere utilizzato nei dispositivi fotovoltaici.  Un’altra categoria di materiali che sono al momento sotto investigazione sono i cristalli appartenenti alla famiglia dei metalli di transizione chiamati in inglese ‘Dichalcogenides’ che hanno proprietà elettroniche che variano a seconda della composizione e dello spessore’. In genere dispositivi fatti con tali cristalli mostrano una forte fotoluminescenza e assorbimento della luce, suggerendo applicazioni in elettronica e fotonica.

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