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Colmare il divario di conoscenze sulle nanostrutture di carbonio

I ricercatori finanziati dall'UE hanno compiuto progressi importanti nella comprensione delle proprietà delle nanostrutture di carbonio che possono portare all'evoluzione di dispositivi elettronici del domani sottili, flessibili e potenti tanto attesi da tutti.

Tecnologie industriali

Il grafene, i cui i pionieri sono stati insigniti del Premio Nobel per la Fisica nel 2010, è molto probabilmente il materiale delle meraviglie del secolo. Una forma di carbonio è stata estratta sotto forma di un fiocco di carbonio dalla grafite ordinaria presente nelle matite. In realtà, questo foglio di carbonio dello spessore di un atomo si dice che sia il più forte materiale mai misurato. Data la straordinaria forza mai esibita in un materiale sottile unita alla sua incredibile conducibilità, il grafene potrebbe essere usato per produrre dispositivi elettronici del futuro ultrasottili, flessibili e super potenti. Tuttavia, il suo potenziale fino a oggi rimane solo questo; in particolare, per quanto riguarda la sua capacità di sostituire il silicio nei dispositivi a semiconduttore. Uno dei motivi principali è l'incapacità di fermare il flusso di corrente o di essere spento (è privo di un "band gap", ossia dell'energia di gap in grado di definire la distanza tra la banda di valenza in cui gli elettroni sono legati e la banda di conduzione dove gli elettroni sono liberi di trasportare corrente). I ricercatori europei del progetto MOCNA ("Magneto-optics of carbon nano-allotropes") si sono prefissi di impiegare le tecniche della magneto-spettroscopia per studiare le proprietà ottiche di nanostrutture fondamentali, tra cui il grafene, in grandi campi magnetici. Gli scienziati si sono concentrati su un fenomeno denominato risonanza magneto-fononica (MPR), uno dei metodi più importanti per determinare i parametri della struttura a banda dei semiconduttori. Le MPR derivano dall'emissione e dall'assorbimento di fononi ottici risonanti (uniformemente vibranti) dagli elettroni in presenza di forti campi magnetici. I livelli di energia in presenza di forti campi magnetici connessi a semiconduttori sono quantizzati in una serie dei cosiddetti livelli di Landau. Gli scienziati del progetto MOCNA hanno studiato le MPR, le eccitazioni dei livelli di inter-Landau e le interazioni elettrone-fonone nel grafene con risultati e implicazioni importanti per lo sviluppo del primo infrarosso laser sintonizzabile a distanza. I ricercatori hanno anche studiato i fenomeni magneto-ottici in nanotubi di carbonio individuali e nelle strutture a singoli punti quantici. I risultati del progetto MOCNA forniscono una migliore comprensione delle proprietà fondamentali del grafene e di altre nanostrutture di carbonio che potrebbero avere un impatto importante sullo sviluppo futuro di dispositivi basati sul cosiddetto materiale delle meraviglie del XXI secolo. Così, il progetto MOCNA può aiutare posizionare l'UE a leader in questo nuovo e straordinario campo di scoperta.

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