I nanoribbons di grafene - ovvero strisce di grafene si larghezza di qualche decina di nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro) sono ottimi candidati per l'elettronica di prossima generazione basata su grafene. L'Istituto Nanoscienze del Cnr (CnrNano) ha un focus di ricerca dedicato allo studio delle proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e vibrazionali di nanoribbons di grafene con approcci di tipo teorico che si sviluppano in collaborazione con gruppi sperimentali di punta.
Tra i più recenti risultati raggiunti, vi è stata la prima analisi sistematica dello spettro Raman di diversi tipi di nanoribbons (GNRs), che ha mostrato che la larghezza, la geometria dei bordi e la loro funzionalizzazione influenzano le caratteristiche degli spettri Raman. Lo studio, pubblicato su Nano Letters e in collaborazione con colleghi tedeschi e inglesi, fornisce nuove intuizioni sul modo in cui le proprietà vibrazionali ed elettroniche di nanostrutture cambiano con la loro dimensionalità e dimostra che la spettroscopia Raman è un potente strumento di caratterizzazione per i GNRs. I ricercatori, tra cui Deborah Prezzi di CnrNano di Modena, hanno scoperto che il picco caratteristico a bassa energia è influenzato dai bordi del nanoribbon e non solo dalla sua larghezza, come accade invece per i nanotubi di carbonio. Hanno anche osservato una caratteristica di dispersione del cosiddetto 'picco D' che sembra essere un'ulteriore impronta digitale di questi materiali e che li differenzia da altri sistemi basati su carbonio come il grafene o i nanotubi di carbonio.
Un altro recente studio indica i nanoribbons di grafene (GNRs) potenzialmente utili per produrre, rivelare e controllare la luce nonché per assorbirla e convertirla in energia - un uso promettente, ad esempio, nel settore. Il risultato è pubblicata su Nature Communications, in collaborazione con Ifn-Cnr, Politecnico di Milano, Università di Modena e Reggio Emilia e Max Planck Institute di Mainz. I ricercatori, tra cui Deborah Prezzi e Elisa Molinari di CnrNano, hanno utilizzato GNRs larghi meno di cinque nanometri, configurazione in cui il grafene si comporta come una nanostruttura unidimensionale e guadagna una 'band gap' analoga a quella di un semiconduttore, proprietà indispensabile per applicazioni ottiche, e al contempo mantiene molte caratteristiche del materiale semi-metallico. Studiando i processi innescati nei GNRs in seguito all'eccitazione con impulsi di luce laser ultra brevi, i ricercatori hanno osservato la formazione di eccitoni, composti da un elettrone eccitato che si lega con una lacuna di carica. Esperimenti e simulazioni hanno poi mostrato che due eccitoni possono generare a loro volta aggregati fortemente legati, i bieccitoni. Grazie a tecniche di spettroscopia ultra-veloce si è osservato che i bieccitoni si formano molto rapidamente e danno luogo ad emissione stimolata di luce con grande efficienza. Il risultato potrebbe aprire la strada all'utilizzo dei nanoribbons di grafene come materiali attivi in laser, fotorivelatori e altri dispositivi ottici.
Raman fingerprints of atomically precise graphene nanoribbons - Nano Letters DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04183 - February, 2016
Exciton-exciton annihilation and biexciton stimulated emission in graphene nanoribbons - Nature Communications 7 (A.n.110109), DOI:10.1038/ncomms11010 - March, 2016
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