Grafene: uno strumento può svelarne le sue misteriose proprietà

All’inizio del 2018, in un paio di articoli pubblicati contemporaneamente sulla rivista Nature, il gruppo del fisico spagnolo Pablo Jarillo-Herrero ha mostrato sperimentalmente che impilare due fogli di grafene, strutture dello spessore di un atomo che assomigliano a una successione di alveari di carbonio interconnessi, potrebbe produrre due effetti diametralmente opposti in funzione della sola densità elettronica del sistema.

Per determinati valori di questo parametro, il materiale è diventato un isolante e non ha lasciato passare la corrente elettrica. Se, oltre a disallineare uno degli strati di grafene secondo un angolo di 1,1 gradi, il team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology aumentasse leggermente la quantità di elettroni, i fogli diventerebbero comportarsi come un superconduttore e la corrente elettrica scorreva senza alcuna resistenza attraverso il materiale.

Gli esperimenti si sono svolti a temperature molto basse, a -271 gradi Celsius, molto vicine allo zero assoluto. Ma l’evidenza della superconduttività è bastata a scaldare un settore che era emerso come teorico alla fine degli anni 2000 e non aveva ancora prodotto una grande impresa di laboratorio: la twistronica, cioè lo studio degli effetti prodotti dall’atto di accendere uno dei le foglie di un sistema costituito da due o più strati di grafene o altri materiali a due sole dimensioni, come il solfuro di molibdeno (MoS 2) e il nitruro di boro (BN).

A metà febbraio di quest’anno, un team coordinato da ricercatori dell’Università Federale di Minas Gerais (UFMG) ha presentato apparecchiature ottiche che potrebbero essere fondamentali per capire come funziona la twisttronica.

Fogli volutamente disallineati

Nello studio è stato descritto il funzionamento del nanoscopio, un dispositivo che produce immagini in scala atomica di ciò che accade all’interno di strutture come una coppia di fogli di grafene volutamente disallineati. “Con il nanoscopio, siamo stati in grado di vedere dove si trovano gli stati vibrazionali dei fogli di grafene ruotati e provare a capire le loro proprietà elettroniche locali“, spiega il ricercatore dell’UFMG. “Non è solo un dispositivo che produce immagini ad alta risoluzione, ma uno strumento utile per comprendere i twistronici“.

Lo studio riporta i risultati delle misurazioni effettuate dal nanoscopio su due fogli di grafene sovrapposti, uno dei quali è stato leggermente ruotato. La lama leggermente disallineata è stata ruotata di vari angoli intorno a 1,1 gradi, un valore soprannominato dalla comunità accademica l’angolo magico.

Finora sono stati prodotti quattro nanoscopi. Due unità del prototipo pre-commerciale del dispositivo sono attualmente in fase di assemblaggio e dovrebbero essere pronte entro la metà dell’anno. In vista di un possibile mercato per la vendita delle apparecchiature a laboratori di ricerca e aziende, sono stati richiesti in Brasile nove brevetti relativi al nanoscopio, due dei quali anche all’estero.