Grafene: la tensione fa scorrere gli strati e cambia il magnetismo

Grafite e diamante sono fatti dagli stessi atomi di carbonio, eppure uno è morbido e scuro e l'altro duro e trasparente. La differenza deriva dal modo in cui gli atomi sono disposti, e cambiare questa disposizione in un materiale richiede di solito di rompere forti legami chimici e ricostruirli, un processo lento e dispendioso in energia che esige alta pressione e alta temperatura.

Alla Cornell, il laboratorio di Kenji Yasuda, professore assistente della School of Applied and Engineering Physics, ha tentato una strada diversa. Il team, guidato negli esperimenti dal dottorando Daniel Brandon, ha lavorato su una pila di quattro strati di grafene, un materiale spesso un solo atomo, formato da atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Lo studio è stato pubblicato il 14 ottobre su Nature Nanotechnology.

Il trucco sta nei legami tra gli strati. Si tratta di legami di van der Waals, molto più deboli dei legami interni a ciascuno strato. Applicando una tensione, gli strati scorrono gli uni sugli altri, un movimento che i ricercatori chiamano scorrimento. La pila è passata dalla disposizione più comune e più stabile, nota come Bernal, che è non magnetica, a una più rara e meno stabile, detta romboedrica, uno stato associato al magnetismo, alla superconduttività e ad altri fenomeni quantistici esotici. Yasuda descrive l'obiettivo come la ricerca di un modo per modificare la struttura di un materiale che sia più efficiente e ancora utile per la tecnologia.

I ricercatori sottolineano una caratteristica: il cambiamento è non volatile. Una volta che il materiale si trova nel nuovo stato, vi resta, ed è per questo che Brandon descrive lo scorrimento come una forma di memoria. Il team afferma che il cambiamento può essere invertito con una tensione e che il materiale passa avanti e indietro tra i due stati in modo piuttosto costante. Lo studio non riporta quanti cicli la commutazione sopporta, né come si comporterebbe al di fuori del laboratorio.

Per i ricercatori di materiali, il risultato offre una leva che funziona per via elettrica anziché attraverso pressioni o calore estremi, e Yasuda afferma che potrebbe estendersi oltre il magnetismo, fino alla superconduttività e ad altri stati quantistici. Applicazioni come la memoria non volatile restano una prospettiva indicata dagli autori, non un prodotto. Lo studio non prevede tempistiche né dispositivi, e la dimostrazione resta, per ora, una pila di quattro strati di grafene in laboratorio.