GERMANENE,IL "CUGINO" DEL GRAFENE

IL GRAFENE potrebbe presto perdere il suo primato di "materiale delle meraviglie". Le sue proprietà fisiche e chimiche rischiano infatti di essere superate da quelle di un nuovo materiale appena creato, che gli scienziati hanno battezzato germanene. Come suggerisce il nome, questo nuovo "super materiale" è interamente formato da atomi di germanio, un elemento semiconduttore già molto usato nei dispositivi elettronici. Analogamente al grafene, anche nel germanene gli atomi sono disposti su un unico strato, che rende il materiale praticamente bidimensionale. Questo nuovo "cugino" del grafene è stato realizzato indipendentemente da due gruppi di ricerca, uno in Cina e l'altro in Europa. 

Il team europeo, sotto la guida di Guy Le Lay dell'Università di Aix-Marsiglia, ha recentemente presentato i suoi risultati  in un lavoro pubblicato sul Journal of Physics. Le aspettative per questo materiale sono certamente molte. Le proprietà del germanio potrebbero infatti condurre ad applicazioni tecnologiche, fra cui dispositivi elettronici ad alta velocità e computer quantistici. 

Non solo grafene. Il grafene è ben noto per le sue proprietà assolutamente fuori dal comune. E' sottilissimo, molto flessibile, e allo stesso tempo più resistente dell'acciaio. Gli scienziati hanno poi scoperto che è un ottimo conduttore di calore e di elettricità, e giorno dopo giorno continuano a svelare proprietà sempre più strabilianti. Qual è il suo segreto? Sicuramente molto dipende dalla configurazione dei suoi atomi di carbonio, che sono disposti a formare un unico, sottilissimo piano. 

Tuttavia anche il grafene ha dei punti deboli. Per esempio, a differenza del silicio o del germanio, il carbonio non è un semiconduttore. Ciò significa che è molto difficile “pilotare” il movimento degli elettroni, un requisito essenziale per costruire circuiti logici e dispositivi elettronici. Per il momento gli scienziati stanno comunque ingegnandosi per aggirare questo ostacolo e costruire transistor al grafene.  Ma sarebbe certamente più semplice scoprire materiali bidimensionali come il grafene ma con proprietà di semiconduttore, ed è proprio questo lo scopo del lavoro di Le Lay e colleghi. Ma se il grafene può essere facilmente trovato in natura, ad esempio nella grafite di una matita, il germanene deve essere appositamente creato in laboratorio.

Giù per la tavola periodica. Le Lay non è nuovo a questo tipo di ricerche. Già nel 2012 il suo gruppo è stato il primo a creare in laboratorio il silicene, un altro "cugino" basato su atomi di silicio. Il silicio, oltre ad essere il semiconduttore più diffuso, nella tavola periodica degli elementi si trova al di sotto del carbonio. Scendendo ancora lungo la tavola periodica, l'elemento successivo è proprio il germanio, ed è lì che è iniziata la corsa al germanene. Ma creare questo materiale non è stato semplice. Al primo tentativo i ricercatori hanno pensato di seguire la stessa procedura usata per il silicene, depositando cioè gli atomi di germanio su un substrato. Il germanio è stato quindi vaporizzato ad altissime temperature e successivamente fatto condensare in condizione di ultravuoto su uno strato metallico. Queste prime prove, condotte su un substrato di argento, non hanno però dato l'esito sperato.

"Questo tentativo era fallito, perciò decisi di passare a un substrato d'oro, ricordandomi di un vecchio lavoro della mia tesi di dottorato, in cui l'oro era depositato su un substrato di germanio", ricorda Le Lay, "ho pensato che valesse la pena fare un tentativo nel verso opposto". Un'intuizione che si è rivelata geniale. Una volta depositati con successo gli atomi di germanio sull'oro, il team ha confermato con i calcoli e con misure spettroscopiche che il materiale creato era davvero germanene. Come ulteriore conferma, Le Lay e colleghi hanno osservato il materiale con un microscopio a scansione, che ha mostrato gli atomi disposti in una struttura a nido d'ape, proprio come avviene per il grafene.

Ancora tutto da scoprire. La soluzione tecnologica dei ricercatori europei è simile a quella dei colleghi cinesi, che hanno sfruttato un substrato di platino, eppure ha un importante vantaggio. Secondo Le Lay potrebbe essere presto possibile realizzare il germanene utilizzando un sottile substrato d'oro installato su un supporto flessibile. Questa soluzione sarebbe sicuramente meno costosa di quella basata sul platino e potrebbe così condurre rapidamente ad una produzione su più larga scala. E' difficile anticipare le proprietà di questo nuovo materiale. Sicuramente avrà ottime proprietà di conduzione elettrica, fondamentale per costruire dispositivi elettronici ancora più veloci. Fra le altre possibili applicazioni vi è senza dubbio l'implementazione nei computer quantistici, e chissà quant'altro. Gli scienziati avranno un sacco di lavoro da fare per capire esattamente il potenziale di questo nuovo materiale. Perché, come ricorda scherzosamente Le Lay, "questo materiale non esiste, né sulla Terra, né nell'Universo, e nemmeno probabilmente nel multiverso. Dio si è dimenticato di crearlo"