Cnr di Pisa: il grafene più puro in assoluto si trova nella grafite

Il miglior grafene che si possa trovare, il piu’ puro e uniforme, e’ racchiuso nella grafite, il minerale con cui sono realizzate anche le mine delle matite. E’ proprio così. La scoperta, frutto di una collaborazione tra l’Istituto nanoscienze del Cnr di Pisa, la Scuola normale superiore di Pisa e la Columbia University e pubblicato su Physical Review Letters, mette in evidenza che nella grafite esistono cristalli di grafene – il materiale che ha portato quest’anno al Nobel per la Fisica – più puri di quelli realizzabili in laboratorio, attraverso cui è possibile osservare effetti mai visti nel grafene ‘standard’.
Il grafene consiste in un singolo foglio di atomi di carbonio disposti in un reticolo regolare a nido d’ape. Considerato uno dei materiali più promettenti e versatili, è oggetto di ricerche internazionali che sono valse l’ultimo Premio Nobel per la Fisica: “Oltre a una promessa per la tecnologia, il grafene è anche un laboratorio unico per gli studi di fisica fondamentale: nel suo reticolo bidimensionale si combinano meccanica quantistica e relatività e si manifestano fenomeni fisici altrimenti osservabili solo nelle condizioni estreme ricreate con gli acceleratori di particelle – spiega Vittorio Pellegrini, che ha guidato lo studio in colalborazione con Sarah Goler -. Ma per studiare la fisica nel ‘laboratorio-grafene’ servono campioni estremamente puri. Per questo in tutto il mondo si cerca di produrre, con tecniche diverse, fogli di grafene di elevata qualità”. Ecco quindi l’importanza della scoperta che nella grafite, composta da miliardi di fogli di carbonio sovrapposti, esistono fogli di grafene isolati e con un grado di purezza che sorpassa quello del grafene prodotto in laboratorio: “Analizzando un blocco di grafite con tecniche di microscopia laser abbiamo scoperto la presenza di questi cristalli di grafene ultra-puri – conclude Pellegrini -. In questi cristalli sarà più facile studiare fenomeni di fisica fondamentale, solitamente molto sensibili alle imperfezioni presenti nel grafene prodotto artificialmente”.
Si potrà così studiare per la prima volta un effetto mai osservato prima in questo materiale: la risonanza magneto-fononica, un particolare fenomeno dovuto all’accoppiamento degli elettroni relativistici del grafene con le vibrazioni del reticolo cristallino del grafene. “Se per applicazioni come schermi flessibili serve grafene prodotto in larga scala e basso costo e qualità, per studiare la fisica fondamentale è essenziale che sia purissimo”, conclude Sarah Goler, studentessa della Columbia University che sta completando i propri studi alla Normale.

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