Straordinario studio condotto sul Grafene e atomi di calcio

L'aggiunta di calcio al grafene crea un superconduttore estremamente promettente, ma dove va a finire il calcio? In un nuovo studio, un team guidato dalla Monash University, ha per la prima volta confermato ciò che accade realmente a quegli atomi di calcio. Sorprendendo tutti, il calcio va sotto sia il foglio di grafene superiore sia sotto un foglio "tampone" inferiore, "facendo galleggiare" il grafene su un letto di atomi di calcio

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Straordinario studio condotto sul Grafene e atomi di calcio

Una doverosa premessa sul Grafene impone qualche passo indietro nel tempo a quando Konstantin Novoselov scoprì nel 2004 il grafene in un laboratorio Inglese che poi, nel 2010, gli valse insieme a Andre Geim il premio Nobel per la fisica “per esperimenti innovativi sul Grafene bidimensionale”.

Ma che cos’è il grafene? Appassionati ed esperti permettendo, il grafene è un materiale costruito su uno strato monoatomico di atomi di carbonio. Nella fattispecie si potrebbero fare delle distinzioni al fine di chiarire la sua natura bidimensionale. Quando gli atomi di Carbonio si legano in maniera casuale, si ottiene la grafite. “” stiamo parlando del cuore delle matite da disegno.

Diversamente, quando gli atomi si legano in una struttura ordinata, nasce il diamante. Infine, arriviamo al Grafene, che si forma quando gli atomi di Carbonio si strutturano in maniera ordinata ma solo bidimensionalmente, assumendo l’aspetto di un “foglio” dello spessore di un singolo atomo (monoatomico).

A questo punto, in base ad un nuovo studio condotto, i ricercatori provano che l’aggiunta di calcio al grafene crea un superconduttore estremamente promettente, ma dove va a finire il calcio?

Straordinario studio condotto sul Grafene e atomi di calcio

L’aggiunta di calcio alla struttura composita del grafene, crea un superconduttore ad alta temperatura di transizione (Tc).

Nella nuova ricerca, un team guidato dall’Università australiana Monash, ha, per la prima volta, confermato ciò che accade realmente a questi atomi di calcio: sorprendendo tutti, il calcio va sotto sia il foglio superiore di grafene che un foglio inferiore “tampone”, “facendo galleggiare” il grafene su un letto di atomi di calcio.

Il grafene a iniezione di calcio superconduttore è una grande promessa per l’elettronica ad alta efficienza energetica e per l’elettronica trasparente.

Le proprietà del grafene possono essere messe a punto mediante iniezione di un altro materiale (un processo noto come ‘intercalazione’ – ossia inserzione, per lo più supplementare, di uno o più elementi fra quelli di una serie o successione) sia sotto il grafene, sia tra due fogli di grafene.

Questa iniezione di atomi o molecole estranee altera le proprietà elettroniche del grafene aumentando la sua conduttanza, diminuendo le interazioni con il substrato o entrambe.

L’iniezione di calcio nella grafite crea un materiale composito (grafite inter calcica, CaC6) con una temperatura di transizione superconduttiva (Tc) relativamente “alta”. In questo caso, gli atomi di calcio risiedono in ultima analisi tra i fogli di grafene.

L’iniezione di calcio nel grafene su un substrato di carburo di silicio crea anche un superconduttore ad alta Tc, “e abbiamo sempre pensato di sapere, dove andava il calcio anche in questo caso“. Dicono gli autori.

Grafene e atomi di calcio: spiegata la struttura

Il grafene sul carburo di silicio ha due strati di atomi di carbonio: uno strato di grafene sopra un altro “strato tampone”: uno strato di carbonio (simile al grafene nella struttura) che si forma tra il grafene e il substrato di carburo di silicio durante la sintesi, e non è conduttore a causa di un legame parziale con la superficie del substrato.

“Immaginate che il carburo di silicio sia come un materasso con un foglio montato (lo strato tampone ad esso legato) e un foglio piatto (il grafene)”; spiega l’autore principale Jimmy Kotsakidis.

La saggezza convenzionale sostiene che il calcio dovrebbe iniettare tra i due strati di carbonio (tra due fogli), in modo simile all’iniezione tra gli strati di grafene in grafite. Sorprendentemente, il team guidato dalla Monash University ha scoperto che, una volta iniettato, la posizione di destinazione finale degli atomi di calcio si trova invece tra lo strato tampone e il substrato di carburo di silicio sottostante (tra il foglio montato e il materasso).

È stata una bella sorpresa per noi quando ci siamo resi conto che il calcio si legava alla superficie di silicio del substrato, andava davvero contro di quello che pensavamo, sarebbe successo“, rileva Kotsakidis.

Al momento dell’iniezione, il calcio rompe i legami tra lo strato tampone e la superficie del substrato, facendo sì che lo strato tampone “galleggi” al di sopra del substrato, creando una nuova struttura grafene a doppio strato quasi libera (Ca-QFSBLG).

Questo risultato non era previsto, con ampi studi precedenti che non consideravano l’intercalazione del calcio sotto lo strato tampone. Lo studio risolve così la confusione e la controversia di lunga data per quanto riguarda la posizione del calcio intercalato.