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NUOVI MATERIALI/ Non c’e solo il grafene nel regno (in espansione) di Flatlandia

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Reticolo esagonale del silicene  Reticolo esagonale del silicene

Questi materiali, come anche il carbonio nella fase diamante, hanno una struttura cristallina diversa da quela della grafite e non esfoliabili: il diamante è materiale molto duro e si può usare per incidere, non per scrivere! 

Rispetto al materiale tridimensionale, il confinamento in 1, 2, 3 dimensioni  determina proprietà funzionali elettroniche, magnetiche, termiche, ottiche diverse e diependenti dalle dimensioni stesse. Il silicio, per esempio, re incontrastato delle micro/nanoelettronica ha nella sua forma tridimentionale scarse proprietà ottiche e non è utilizzabile in optoelettronica. Tuttavia nanocristalli di silicio di dimensioni nanometriche possono emettere luce in modo molto più efficiente e controllato dalle dimensioni del nanocristallo stesso. I materiali bidimansionali hanno il vantaggio di essere utilizzabili con più facilità in strutture planari in cui, per esempio, vari strati anche di natura chimica diversa si sovrappongono per realizzare nanostrutture complesse.

Rispetto al grafene, i TMDC o i materiali bidimensionali basati su Si, Ge, Sn, offrono la possibilità di controllare una gamma di proprietà funzionali più ampia addirittura dipendente dal numero di strati che si sovrappongono.  Il grafene monostrato è metallico, mentre per esempio lo MoS2 è un semiconduttore con un gap elettronico (range proibito di energie) che dipende dal numero di strati.

Quali sarebbero le proprietà dei materiali se potessimo veramente organizzare gli atomi come vogliamo noi? Questa la domanda che poneva uno dei più importanti fisici del nostro tempo, Richard Feynman, aprendo la strada verso le nanostrutture ed i materiali 2D. A tale domanda oggi possiamo fornire alcune risposte, anche se ancora molto resta da fare e comprendere.

Tra le proprietà più significative dei materiali bidimensionali possiamo citare:

1) la mancanza di legami pendenti (dangling bonds) che si generano alla superficie dei solidi tridimensionali;

2) sono un sistema confinato in una direzione ideale con gap elettronico diretto o indiretto;

3) possono essere metallici, semiconduttori, superconduttori, magnetici;

4) possono avere un più significativo accopiamento spin-orbita, cioè l’interazione tra il moto di rotazione dell’elettrone attorno al priorio asse (spin) e il moto “orbitale” dell’elettrone attorno al nucleo, rendendoli attraenti per applicazioni dette appunto spintroniche.



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