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Il grafene vince il premio Nobel
Il Premio Nobel per la Fisica 2010 è stato assegnato ai due ricercatori che hanno effettuato i primi esperimenti sul grafene, un foglio bidimensionale di atomi di carbonio. Il premio, assegnato ai fisici dell'Università di Manchester Andre Geim e Konstantin Novoselov , riconosce il lavoro iniziato meno di dieci anni fa su un materiale che da allora è stato utilizzato per realizzare transistor da record ed elettrodi elastici.
Il vincitore del premio: Il Premio Nobel per la fisica quest'anno è andato ai ricercatori britannici che hanno aperto la strada allo studio del grafene. Questa immagine al microscopio elettronico a scansione mostra un foglio di grafene accartocciato del materiale spesso un atomo.
Il grafene è un materiale dai molti superlativi: è il miglior conduttore di elettricità a temperatura ambiente e il materiale più resistente mai testato. È anche un eccellente conduttore di calore ed è trasparente e flessibile. Prima del lavoro di Geim e Novoselov, i ricercatori avevano teorizzato l'esistenza del materiale e avevano previsto che potesse essere utilizzato per realizzare transistor più di 100 volte più veloci di quelli dei moderni chip a base di silicio. Ma fino a quando i ricercatori del Regno Unito non hanno prodotto e testato il grafene nel 2004, molti fisici pensavano che i materiali dello spessore di un atomo sarebbero stati instabili.
Nel 2004, Geim e Novoselov hanno realizzato il grafene in laboratorio usando del nastro adesivo per sbucciare un pezzo di grafite in fogli sempre più sottili, come in questo video. Un foglio di grafene è un singolo strato di atomi di carbonio intrecciati in uno schema esagonale ripetuto a nido d'ape.
Il grafene è un materiale naturale. Strati di grafene costituiscono la grafite che si trova nella mina delle matite. Quando si traccia una matita su un pezzo di carta, questi strati vengono tagliati, lasciando strati sottili di questi fogli di carbone. Schiacciando la grafite e sbucciandola con del nastro adesivo in scaglie sempre più sottili e infine in pezzi spessi solo un atomo, Geim e Novoselov sono stati in grado di produrre quantità utilizzabili di grafene che potevano essere studiate e di porre fine ai dubbi sulla stabilità del grafene.
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Kostya Novoselov mostra la sua tecnica low-tech per produrre grafene.
Nel loro lavoro iniziale, nel 2004, non solo hanno dimostrato di aver prodotto il grafene, ma hanno anche chiarito le sue proprietà elettriche modellandolo e collegandolo agli elettrodi. Non sono stati i primi a vedere il grafene, ma sicuramente sono stati Geim e Novoselov ad aprire davvero la porta per poterlo studiare, dice James Tour , professore di chimica alla Rice University.
Una volta sviluppato questo sistema sperimentale per studiare il materiale, Geim e Novoselov, e altri ricercatori che lo seguirono, trovarono alcune cose notevoli. Innanzitutto, gli elettroni nel grafene si comportano come se non avessero massa, sbandando in avanti a velocità di un milione di metri al secondo. (Confronta questo con la velocità della luce nel vuoto, 300 milioni di metri al secondo.) E mentre gli elettroni di solito rimbalzano sugli ostacoli all'interno di un materiale conduttivo, gli elettroni che viaggiano attraverso il perfetto reticolo a nido d'ape del grafene hanno una navigazione tranquilla.
La struttura perfetta del grafene dà origine a effetti quantistici esotici che vengono studiati dai fisici. Tuttavia, le proprietà elettriche del materiale, la sua trasparenza e la sua forza sono state sfruttate dagli ingegneri che lavorano per realizzare qualsiasi cosa, dai touch screen alle celle solari ai materiali strutturali leggeri. I ricercatori di IBM stanno sviluppando array di transistor al grafene che lasciano il silicio convenzionale nella polvere e un gruppo di Samsung sta sviluppando elettrodi di grafene stampati da utilizzare in touch screen trasparenti e flessibili.
In riconoscimento della promessa del materiale, BAMBINI ha presentato il lavoro alla Georgia Tech sui transistor al grafene come una delle tecnologie emergenti più promettenti nel 2008; nello stesso anno abbiamo premiato Novoselov con il nostro premio per giovani innovatori, il TR35.
La tecnica di Geim e Novoselov può essere utilizzata per produrre grafene in quantità relativamente piccole, sufficienti per studiarlo in laboratorio e realizzare dispositivi di prova, ma non abbastanza per la produzione. Negli anni successivi, i ricercatori hanno sviluppato metodi per produrre grandi quantità di materiale e ora stanno imparando come usarlo per realizzare dispositivi.
Ora dobbiamo trovare il modo di sintetizzare il grafene in modo affidabile su larga scala e rendere queste tecnologie riproducibili in un modo che abbia un senso economico, afferma Phaedon Avouris, un ricercatore che sviluppa transistor e fotorivelatori al grafene presso il Watson Research Center di IBM a Yorktown Heights, New York .