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Studio dei meccanismi microscopici del grafene

Gli scienziati finanziati dall'UE hanno compiuto progressi significativi nelle indagini sulle proprietà elettroniche e di trasporto del grafene. Le descrizioni teoriche e sperimentali gettano le basi per un utilizzo in nuovi dispositivi rivoluzionari.

Tecnologie industriali

Il grafene è uno dei materiali più entusiasmanti del XXI secolo. In particolare, il grafene bi-livello e multi-strato è molto promettente per l'elettronica e la fotonica su nanoscala, poiché un campo elettrico esterno tra gli strati può introdurre un gap di banda. Oltre a queste proprietà di trasporto bizzarre, tali sistemi presentano anche anomalie interessanti dei fononi. Le proprietà elettroniche e di trasporto del grafene sono ampiamente determinate dalla resistenza e dalla natura dell'interazione elettrone-reticolo e dalla dinamica reticolare. Il progetto QUANTUMPHANOGRAPHENE ("Quantum interference and electro-phonon anomalies in graphenes"), finanziato dall'UE, ha significativamente contribuito a individuare i meccanismi che controllano l'attività dei fononi degli infrarossi e il suo effetto sulla conduttività ottica. L'analisi delle anomalie dei fononi ha rivelato in maniera diretta i meccanismi che governano le proprietà dell'interazione elettrone-reticolo, dando origine a una linea-forma asimmetrica del fonone. Il progetto ha indagato sulla presenza di tali forme-linee, note come asimmetrie di Fano, che forniscono una prova diretta delle eccitazioni foro-particella accoppiate con un'interazione elettrone-fonone. L'asimmetria di Fano così come l'intensità di picco dei fotoni si basava fortemente sulla tensione del gate esterno. Inoltre i confronti con le misurazioni sperimentali hanno fornito conoscenze delle diverse interazioni inter-banda interessate nelle diverse sonde. L'analisi quantitativa delle proprietà spettrali dei fononi ottici si è rivelata un potente strumento per caratterizzare le proprietà elettroniche di materiali a base di grafene multistrato. Tali proprietà includono il numero di strati, l'ordine di sovrapposizione, la presenza di gap di banda, il livello di manipolazione intrinseca e controllata mediante effetti di campo. In base al suo progresso, il progetto si è inoltre concentrato sulla determinazione delle proprietà fisiche dei materiali a base di dicalcogenuri che presentano proprietà simili al grafene. Il lavoro è stato orientato verso l'indagine delle loro proprietà elettroniche, di screening, di superconduttori ed elettro-elastiche. Con un controllo preciso delle sue proprietà elettroniche e di trasporto, il grafene diventa uno strumento estremamente flessibile per dispositivi elettronici su scala nanometrica. I risultati del progetto hanno portato a tre pubblicazioni su riviste scientifiche.

Parole chiave

Grafene, microscopico, proprietà di trasporto, nano-scala, elettronica, fotonica, gap di banda, fonone, anomalie dei fononi, proprietà elettroniche, elettrone, reticolo, interferenza quantistica, conducibilità ottica, linea-forma, asimmetria di Fano, dica

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