Immagine generata al computer che mostra i dettagli di uno dei due intermedi previsti teoricamente che è stato possibile osservare con il microscopio a scansione di tunnel.
Il grafene è considerato un candidato per la futura nanoelettronica, come riportato da myScience.ch in un precedente articolo. Tuttavia, mancano ancora metodi per produrre materiali simili al grafene con le proprietà elettroniche desiderate. Iricercatori hanno ora sintetizzato materiali simili al grafene utilizzando un metodo di chimica di superficie e hanno delucidato in dettaglio il meccanismo di reazione corrispondente.
I componenti elettronici stanno diventando sempre più piccoli, tanto che dopo la microelettronica si parla già di nanoelettronica. In queste dimensioni, il silicio, attualmente il materiale più utilizzato negli elementi elettronici, sta raggiungendo i suoi limiti. Sono richiesti nuovi materiali. Per le sue straordinarie proprietà elettroniche, il grafene, una rete bidimensionale di carbonio, è considerato un possibile sostituto. Tuttavia, prima che i materiali simili al grafene possano essere utilizzati a questo scopo, ci sono ancora alcuni ostacoli da superare. Ad esempio, non esistono ancora metodi per produrre materiali simili al grafene in modo semplice, affidabile e su larga scala.
I ricercatori dell’Empa si affidano al metodo della sintesi assistita dalla superficie. Utilizzando un polifenilene prototipico, un team di ricerca ha scoperto come il percorso di reazione noto come ciclodidrogenazione avvenga su una superficie di rame e come i blocchi di costruzione si accoppino per formare un nanografo planare.
Partner di successo: esperimento e simulazione
Per il loro "lavoro di ricognizione", i ricercatori hanno combinato osservazioni sperimentali - soprattutto al microscopio a scansione di tunnel - con simulazioni al computer. Queste ultime calcolano se una fase di reazione teoricamente concepibile è energeticamente possibile. Risultato: il percorso di reazione si snoda attraverso sei fasi con cinque intermedi, le cui barriere di reazione sono ridotte dall’attività catalitica della superficie. Due intermedi sono stabilizzati dalla superficie in modo tale da poter essere fotografati con il microscopio a scansione di tunnel.
Tuttavia, per essere compatibili con i comuni processi di produzione dell’elettronica, le superfici metalliche come il rame non sono adatte. I materiali simili al grafene devono "crescere" su substrati di semiconduttori. Il team di ricerca ha quindi utilizzato delle simulazioni per calcolare se questo potesse funzionare, e i risultati indicano che è possibile. Questi risultati sono la chiave per stabilire che la sintesi assistita dalla superficie è un metodo affidabile per produrre materiali simili al grafene.
Lascienza moderna si basa su teoria, esperimenti e simulazioni
La scienza moderna si affida sempre più spesso alle simulazioni al computer, oltre che alla teoria e agli esperimenti. Queste vengono utilizzate come complemento agli esperimenti di laboratorio, spesso molto elaborati, e consentono ai ricercatori di ottenere informazioni aggiuntive che non sarebbero possibili con i metodi sperimentali. Grazie a esperimenti e simulazioni e alle teorie che ne derivano, i fenomeni naturali possono essere rappresentati e spiegati con sempre maggiore precisione.
