Da quando ne è stato ottenuto in laboratorio il primo sottilissimo foglio, il grafene ha affascinato i ricercatori di tutto il mondo. Il materiale, composto da uno strato di carbonio dello spessore di un solo atomo e che ha proprietà di conduzione elettrica anche cento volte migliori dei normali semiconduttori, sembra avere un solo difetto: interagisce poco con la radiazione elettromagnetica che lo attraversa, e questo ne complica utilizzo nelle applicazioni pratiche. Il problema però sembra oggi superato: grazie a uno studio pubblicato su Nature Communications, condotto insieme dalle università di Manchester e Cambridge, l’efficienza degli apparecchi basati su di esso potrebbe migliorare di venti volte. Alla ricerca hanno partecipato anche Andre Geim e Kostya Novoselov, i due fisici che nel 2004 vinsero il premio Nobel per la realizzazione del materiale (vedi Galileo: Il grafene vale il Nobel).
Secondo gli scienziati che lo studiano, il grafene può essere impiegato all’interno di diversi dispositivi. In particolare, poiché i suoi elettroni hanno una grande mobilità (si possono muovere lungo la sua superficie senza mai collidere tra loro, e dunque senza mai venire rallentati), esso ha numerose applicazioni nel campo dell’elettronica. La più interessante è forse quella che riguarda la cosiddetta optoelettronica, ovvero quella branca dell’ottica che studia i dispositivi che interagiscono con la luce: all’interno di questa, le caratteristiche del grafene vengono utilizzate per lo sviluppo di fotorilevatori, strumenti che permettono la rilevazione di radiazione elettromagnetica e che vengono utilizzati per la comunicazione ad alta velocità. L’uso del materiale in questo campo, infatti, sembra aprire la strada allo sviluppo di connessioni Internet sempre più veloci.
Usando questo materiale, ad esempio, è possibile creare degli apparecchi simili a minuscole celle solari: mettendo due fili di corrente elettrica a una distanza molto piccola da una superficie di grafene e colpendo la struttura così ottenuta con un fascio di luce, può venire generata potenza elettrica. Il problema fondamentale di questo particolare uso però, e che rende gli apparecchi basati su questa tecnologia poco efficienti, è la bassa capacità di interazione del grafene con la radiazione elettromagnetica: esso, infatti, assorbe poca luce – il 3% di quella che incontra – mentre il resto lo attraversa senza contribuire a generare elettricità.
Per risolvere il problema i ricercatori inglesi hanno usato le loro conoscenze nel campo delle nanotecnologie: combinando il grafene con minuscole strutture di metallo (chiamate nanostrutture plasmoniche) disposte intorno alla superficie del materiale, sono riusciti a migliorare di venti volte le sue capacità di assorbimento della luce, senza che questo avesse ripercussioni sulle sue particolari proprietà di conduzione elettromagnetica. “Il grafene sembra il compagno naturale dei plasmoni” ha detto Alexander Grigorenko, docente di Fisica della materia all’Università di Manchester e coordinatore della ricerca. “Ci aspettavamo che le nanostrutture potessero incrementare l’efficienza dei dispositivi basati su di esso, ma è stata una sorpresa anche per noi scoprire quanto i miglioramenti fossero profondi.”
Secondo i ricercatori sono già molte le aziende che guardano con interesse al materiale per il suo impiego in una nuova generazione di apparecchi – nel campo delle telecomunicazioni, come materiale per celle fotovoltaiche, per computer quantistici o per numerosi altri congegni elettronici (vedi Galileo: Il super iPod a base di grafene). Ma per i due team che hanno partecipato allo studio le ripercussioni non sono solo pratiche. Il premio Nobel Novoselov non fa mistero dell’entusiasmo che mette nella ricerca, quando si tratta di grafene: “La tecnologia legata all’uso di questo materiale migliora di giorno in giorno. Studiarlo produce un impatto immediato non solo sulle possibili applicazioni, ma anche sulla fisica in sé, che se si lavora con materiali come questo diventa un campo veramente eccitante.”
riferimento: arXiv:1107.4176v1
