Il grafene è davvero un
materiale dai mille 'talenti' e ora apre la strada a nuovi laser e tecnologie
anche al settore energetico delle rinnovabili. Un team di ricercatori
internazionali, tra cui fisici del Cnr e del Politecnico di Milano, ha infatti
mostrato la capacità dei nanoribbons, ovvero strisce strettissime, di grafene
di assorbire ed emettere luce grazie a stati quantistici detti bieccitoni. Un
risultato che rende più concreto l'uso industriale di questo materiale e apre
la strada a laser basati su grafene e nuove tecnologie di illuminazione. Lo
studio è pubblicato su Nature Communications
I nanoribbons, nano-strisce
sottilissime, di grafene si rivelano potenzialmente utili per produrre,
rivelare e controllare la luce nonché per assorbirla e convertirla in energia -
un uso promettente, ad esempio, nel settore fotovoltaico - grazie a fenomeni
quantistici chiamati bieccitoni. È la scoperta di un gruppo di ricercatori di
due Istituti del Consiglio nazionale delle ricerche - Istituto nanoscienze
(Nano-Cnr) e Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn-Cnr) - in
collaborazione con Politecnico di Milano, Università di Modena e Reggio Emilia
e Max Planck Institute di Mainz. Lo studio è stato appena pubblicato su Nature
Communications.
A differenza dei fogli di
grafene semi-metallici, i nanoribbons di grafene si comportano come
semiconduttori con interessanti proprietà ottiche. "Abbiamo utilizzato il
grafene ridotto in strisce larghe meno di cinque nanometri, pari a un
decimillesimo dello spessore di un capello", spiega Deborah Prezzi di
Nano-Cnr di Modena. "In tale configurazione, -continua- il grafene diventa
un semiconduttore, proprietà indispensabile per applicazioni ottiche, e al
contempo mantiene molte caratteristiche del materiale semi-metallico. Il
grafene così modificato potrebbe essere impiegato in dispositivi ottici, come
Led, laser e celle solari".
Il team di scienziati ha
studiato i processi ultraveloci che avvengono nei nanoribbons di grafene in
seguito all’eccitazione con impulsi di luce laser ultra brevi. "In questo
caso un elettrone del grafene viene eccitato e si genera una lacuna di carica,
tipica dei semiconduttori, che si lega all'elettrone a formare il cosiddetto eccitone"
continua la ricercatrice Prezzi.
"Esperimenti e simulazioni
mostrano che due eccitoni possono formare a loro volta degli aggregati
fortemente legati, i bieccitoni. Questi effetti quantistici -prosegue- sono
dovuti alle dimensioni estremamente ridotte dei nanoribbons - spessi un solo
atomo e larghi appena una decina, e sono alla base del funzionamento di vari
dispositivi ottici, come ad esempio i processi di moltiplicazione di carica
all'interno delle celle solari".
L'esperimento è stato possibile
grazie a un avanzato sistema di spettroscopia sviluppato nei laboratori di
Ifn-Cnr e Politecnico di Milano che, spiega Giulio Cerullo del Dipartimento di
Fisica del Politecnico, "permette di 'fotografare' fenomeni che evolvono
in tempi che vanno dai femto- ai pico-secondi, vale a dire meno di un millesimo
di miliardesimo di secondo. Abbiamo osservato che i bieccitoni si formano molto
rapidamente e danno luogo ad emissione stimolata di luce con grande efficienza.
Un risultato che potrebbe aprire la strada all’utilizzo dei nanoribbons di
grafene come materiali attivi in laser, fotorivelatori e altri dispositivi
ottici".
Pubblicato il: 13/04/2016 14:52 Fonte: http://www.adnkronos.com/soldi/economia/2016/04/13/grafene-davvero-mille-talenti-arrivo-nuovi-laser-dalla-ricerca-italiana_fqQpfYgHpjryf8CoJtMbqI.html