Grafene, la controparte tridimensionale è il bismuturo di sodio

Grafene, la controparte tridimensionale è il bismuturo di sodio

Un gruppo di ricercatori scopre un materiale tridimensionale che ha proprietà affini, se non superiori, a quelli della grafene. Siamo ancora lontani da implicazioni commerciali, ma la strada è tracciata

di Andrea Bai pubblicata il , alle 08:31 nel canale Scienza e tecnologia
 

Presso il Dipartimento dell'Energia USA dei Berkeley National Laboratory un gruppo di ricercatori ha scoperto ciò che può essere ritenuto a tutti gli effetti una controparte tridimensionale del grafene, il materiale costituito da un foglio di carbonio dello spessore di un atomo e le cui proprietà fisiche lo rendono particolarmente promettente per il futuro della tecnologia.

I ricercatori hanno scoperto che il Bismuturo di Sodio (Na3Bi) può esistere in una forma di materia quantistica come semimetallo tridimensionale topologico di Dirac (3DTDS - 3D Topologic Dirac Semi-metal). Si tratta della prima conferma sperimentale della presenza di fermioni di Dirac a tre dimensioni all'interno di un materiale, un nuovo stato solo recentemente teorizzato.

"Un materiale 3DTDS è una naturale controparte tridimensionale del grafene con proprietà simili o anche migliori. I fermioni di Dirac a tre dimensioni all'interno del materiale 3DTDS caratterizzano inoltre una magnetoresistenza lineare non saturante che può essere di ordini di grandezza superiore rispetto ai materiali oggi utilizzati negli hard disk, e traccia la strada alla realizzazione di sensori ottici più efficienti" ha spiegato Yulin Chen, fisco dell'University of Oxford che ha coordinato lo studio operando con Berkeley Lab Advanced Light Source, e autore della pubblicazione su Science "Discovery of a Three-dimensional Topological Dirac Semimetal, Na3Bi".

Due dei materiali oggi più interessanti nel panorama dell'alta tecnologia sono il grafene e gli isolanti topologici, questi ultimi materiali cristallini che si comportano come isolanti al loro interno ma come conduttori in superficie. Entrambi hanno fermioni di Dirac a due dimensioni che sono l'origine di proprietà fisiche particolarmente desiderate. Gli isolanti topologici sono inoltre caratterizzati da una struttura elettronica unica, dove gli elettroni all'interno del materiale si comportano come quelli in un isolante, mentre quelli in superficie si comportano come gli elettroni nel grafene.

"Il repentino sviluppo del grafene e degli isolanti topologici ha inoltre sollevato interrogativi se esistano controparti 3D e altri materiali con una topologia inusuale nella loro struttura elettronica. La nostra scoperta risponde ad entrambe le domande. Nel Bismuturo di Sodio che abbiamo studiato le bande di conduzione interna e di valenza si toccano solo su punti discreti e si disperdono linearmente lungo tutte e tre le direzioni del momento per formare fermioni di Dirac a tre dimensioni interni. La topologia di una struttura elettronica 3DTDS è unica come quella degli isolanti topologici" ha spiegato Chen.

Il Bismuturo di Sodio è troppo instabile per poter essere utilizzato senza un packaging adeguato, ma da il via all'esplorazione per lo sviluppo di altri materiali 3DTDS più adatti per i dispositivi di ogni giorno. Il Bismuturo di Sodio può comunque essere impiegato per la dimostrazione di potenziali applicazioni dei sistemi 3DTDS, che sono in grado di offrire qualche vantaggio in più rispetto al grafene. "Un sistema 3DTDS potrebbe mettere a disposizione un consistente miglioramento nell'efficienza rispetto al grafene in varie applicazioni per via del suo volume tridimensonale. La realizzazione di pellicole di grafene di grandi dimensioni continua a rappresentare una sfida: potrebbe essere più facile partendo da sistemi 3DTDS la realizzazione di dispositivi simili a quanto possibile con il grafene per un'ampia gamma di applicazioni" ha commentato Chen.

Un sistema 3DTDS socchiude inoltre la porta a una serie di nuove proprietà fisiche particolarmente utili per le future tecnologie elettroniche: elevato diamagnetismo che diverge quando l'energia si avvicina al punto di Dirac, magnetoresistenza quantistica nell'interno del materiale, uniche strutture Landau sotto forti campi magnetici ed effetti Hall di spin quantistico oscillante. I futuri sistemi 3DTDS possono inoltre rappresentare una piattaforma ideale per le applicazioni di spintronica.

8 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - info
Utonto_n°125 Gennaio 2014, 09:43 #1
Se ne sentiva la mancanza di una notiziona fresca fresca sul magico grafene, ormai sembra un prodoto mitologico
La panacea, la svolta tecnologia del millennio... però nessuno ha ancora fatto nulla di pratico
frankie25 Gennaio 2014, 10:14 #2
Aspettiamo le industrie stark
hibone25 Gennaio 2014, 11:53 #3
Ma la notizia quale sarebbe?

"Non so che diavolo voglia dire ma sembra fottutamente interessante." !?!?

Rubberick25 Gennaio 2014, 12:31 #4
Originariamente inviato da: hibone
Ma la notizia quale sarebbe?

"Non so che diavolo voglia dire ma sembra fottutamente interessante." !?!?



te la faccio semplice perchè senza un pò di rudimenti di fisica dello stato solido non ne esci

il grafene ha proprietà molto superiori al silicio per la realizzazione delle più svariate applicazioni elettroniche e meccaniche, ha una struttura planare che per comodità può essere arrotolata su se stessa o moddata in altro modo (stanno progettando di farci di tutto da banalissime MOS al famoso cavo iper resistente per il cavo di un ascensore terra-luna) ma appunto è planare di partenza

per quanto riguarda questo materiale il Bismuturo di Sodio invece la struttura già è di partenza tridimensionale e con caratteristiche simili

ciao
PhoEniX-VooDoo25 Gennaio 2014, 15:14 #5
ah finalmente una notizia sul grafene

ma.. visto che viviamo in un mondo tridimensionale, non è implicito che tutta la materia sia di conseguenza tridimensionale?
franzing25 Gennaio 2014, 15:28 #6
Originariamente inviato da: PhoEniX-VooDoo
ah finalmente una notizia sul grafene

ma.. visto che viviamo in un mondo tridimensionale, non è implicito che tutta la materia sia di conseguenza tridimensionale?


"Il grafene è uno strato monoatomico di atomi di carbonio organizzati secondo una struttura cristallina a celle esagonali (figura 1). Tale struttura di base ha conformazione planare e pertanto lo strato monoatomico si presenta come un materiale bidimensionale" trovato su enea.it


Di implicito o scontato comunque nella scienza non c'è nulla
Kino8727 Gennaio 2014, 10:57 #7
Originariamente inviato da: PhoEniX-VooDoo
ah finalmente una notizia sul grafene

ma.. visto che viviamo in un mondo tridimensionale, non è implicito che tutta la materia sia di conseguenza tridimensionale?


è bidimensionale tanto quanto lo è un foglio di carta (con le dovute proporzioni).
Ovviamente è dotato di uno spessore in tutte e 3 le dimensioni del "foglio" ma il punto del grafene è, appunto, avere uno spessore di un solo atomo in una direzione.
Non è proprio bidimensionale ma a scopo divulgativo viene considerato tale.
PhoEniX-VooDoo27 Gennaio 2014, 13:06 #8
Originariamente inviato da: Kino87
è bidimensionale tanto quanto lo è un foglio di carta (con le dovute proporzioni).
Ovviamente è dotato di uno spessore in tutte e 3 le dimensioni del "foglio" ma il punto del grafene è, appunto, avere uno spessore di un solo atomo in una direzione.
Non è proprio bidimensionale ma a scopo divulgativo viene considerato tale.


grazie era quello che chiedevo

Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".

La discussione è consultabile anche qui, sul forum.
 
^