Nuovi risultati della ricerca sul grafene

I materiali bidimensionali promettono progressi rivoluzionari nell’elettronica e nella fotonica, ma molti dei candidati più promettenti si degradano entro pochi secondi dall’esposizione all’aria, rendendoli praticamente inadatti alla ricerca o all’integrazione nelle tecnologie pratiche. I dialogenuri dei metalli di transizione sono una classe di materiali molto attraente ma impegnativa; le loro proprietà previste sono adatte per i dispositivi di prossima generazione, ma la loro reattività estremamente elevata nell'aria ostacola persino la caratterizzazione della loro struttura fondamentale.

I ricercatori del National Graphene Institute dell’Università di Manchester hanno ora ottenuto, per la prima volta, l’imaging a risoluzione atomica di diioduri di metalli di transizione monostrato creando campioni TEM sigillati con grafene che impediscono a questi materiali altamente reattivi di degradarsi al contatto con l’aria.

Questa ricerca, pubblicata su ACS Nano, dimostra che l’incapsulamento completo dei cristalli all’interno del grafene mantiene le interfacce atomicamente pulite e ne prolunga la durata da secondi a mesi.

Questa capacità deriva da un miglioramento del metodo di trasferimento del timbro inorganico precedentemente sviluppato e riportato dal team in *Nature Electronics*, che pone le basi per la produzione di campioni stabili e sigillati.

"Inizialmente, maneggiare questi materiali era quasi impossibile perché sarebbero stati completamente distrutti entro pochi secondi dall'esposizione all'aria, rendendo i metodi di preparazione tradizionali semplicemente inutilizzabili", ha spiegato il dottor Wendong Wang, coinvolto nello sviluppo della tecnologia di trasferimento e nella preparazione dei relativi campioni. "Il nostro metodo protegge i campioni senza passaggi di trasferimento non necessari. Consente la preparazione di campioni che possono essere conservati non solo per ore ma anche per mesi e possono essere trasferiti a livello internazionale tra diverse istituzioni, risolvendo un grave collo di bottiglia nel campo della ricerca sui materiali bidimensionali."

"Una volta che siamo stati in grado di preparare campioni stabili, siamo stati in grado di fare alcune osservazioni interessanti su questi materiali, inclusa l'identificazione di ampie variazioni strutturali locali, la dinamica dei difetti atomici e l'evoluzione della struttura dei bordi nei campioni più sottili", ha affermato il dottor Gareth Teton, che ha guidato l'imaging e l'analisi della microscopia elettronica a trasmissione per questo lavoro.

Immagine dell'Università di Manchester

"La struttura dei materiali bidimensionali è strettamente correlata alle loro proprietà. Pertanto, essere in grado di osservare direttamente le strutture di diversi cristalli (dai monostrati agli spessori sfusi) e il loro comportamento nei difetti dovrebbe fornire informazioni per ulteriori ricerche su questi materiali, sbloccando così il loro potenziale in campo tecnologico."

"Ciò che mi entusiasma di più è che questa ricerca apre aree scientifiche precedentemente inaccessibili. Teoricamente sappiamo che molti materiali bidimensionali attivi hanno prestazioni eccezionali in elettronica, optoelettronica e applicazioni quantistiche, ma non siamo stati in grado di ottenere campioni stabili in laboratorio per verificare queste previsioni", ha commentato il professor Roman Gorbachev del National Graphene Institute, che ha guidato la ricerca.