Esperimenti con il grafene, In Inghilterra

Se avete una matita tra le mani,da oggi guardatela in modo diverso;anche attraverso questo semplice oggetto passa la ricerca del futuro.Un articolo su "Nature Physics" sta sollevando grande interesse nella comunita' scientifica:un team inglese sta per realizzare un esperimento che si annuncia rivoluzionario,sfruttando alcune proprieta' fisiche davvero singolari nella grafite,il minerale opaco impiegato nella produzione dei lapis.Sono due anni che alcuni ricercatori del "Centre for Mesoscience and Nanotechnology" dell'Universita' di Manchester(Gran Bretagna),capitanati dal fisico russo Andre Geim,stanno studiando il grafene,un foglio costituito da un singolo piano di atomi di carbonio,disposti su un reticolo esagonale,che e' il costituente primo della grafite.Lo spettro dell'energia degli elettroni nel grafene ha caratteristiche tali da aver indotto Geim a realizzare una serie di esperienze-mai effettuate prima in un solido-che controllano da "una nuova prospettiva" i principali fatti osservabili della Meccanica dei Quanti:molti di questi fenomeni,infatti,erano stati verificati empiricamente solo in un sistema gassoso.Tuttavia,non ancora soddisfatto,Geim ha anche pensato di alzare la "posta" del gioco,ideando un esperimento con il grafene che accerti empiricamente il cosidetto "Paradosso di Klein",un fenomeno quantistico teorizzato come "Esperimento mentale" e che fino ad oggi si pensava osservabile solo in condizioni particolarissime,come quelle in prossimita' di un Buco Nero.Per capire meglio le ambizioni del centro di Manchester si deve fare un passo indietro di 80 anni.Fine anni 20:Bohr,Born,Heisenberg,Pauli,Plank,Schrodinger,Sommerfeld e altri(tra cui lo svedese Oskar Klein) sviluppano la Meccanica Quantistica.Quel mondo e' completamente diverso dalla Fisica Classica:energie discrete,oggetti che presentano caratteristiche sia corpuscolari sia ondulatorie(sono allo stesso tempo particelle e onde),fenomeni mai osservati prima come la superfluidita'(atomi di un fluido che a temperature prossime allo zero assoluto perdono viscosita')e-tra i piu' sorprendenti-l'Effetto Tunnel:immaginate di osservare una pallina in una buca;possiede un'energia E,minore dell'energia U della barriera di potenziale che la intrappola.Se non si sollecita la pallina,fornendole un'energia sufficiente,questa rimarra' bloccata.Non credereste ai vostri occhi se la pallina uscisse da sola dalla buca.Nell'infinitamente piccolo,invece,non dovreste meravigliarvi:una particella con energia E-ad esempio, un elettrone bloccato da una barriera di potenziale caratterizzata da un'energia U(con E minore di U)-potrebbe oltrepassare la barriera di potenziale senza sollecitazioni esterne con una probabilita' non nulla:e' l'Effetto Tunnel,un fenomeno teorizzato da George Gamow nel 1928 e verificato da Ivar Giaever nel 1960.Un effetto cosi' reale che interviene a spiegare le proprieta' di molecole e solidi e che e' stato impiegato nello sviluppo dei dispositivi a semiconduttori(i diodi a effetto tunnel) e dei piu' avanzati microscopi.Un anno dopo la pubblicazione di Gamow,Oskar Klein ipotizza l'esistenza di un fenomeno quantistico che generalizza l'Effetto Tunnel con risultati pero' opposti,cosi' diverso dall'Effetto Tunnel classico che l'Effetto Klein e' piu' conosciuto come Paradosso di Klein.Che cosa succederebbe-si e' domandato Klein-se la buca di potenziale in cui e' intrappolato un elettrone fosse "infinitamente" profonda?Piu' "alta" e' la barriera e meno probabilita' ci sono che la particella faccia "tunneling":un elettrone,percio',se vuole avere qualche chanche di uscire,dovrebbe muoversi a velocita' prossime a quelle della luce(circa 300.000 Km/s) per ottenere un'energia tale da fargli "oltrepassare" l'infinita barriera di potenziale:il Paradosso di Klein sarebbe cosi' osservabile in condizioni estreme,come attorno ad atomi "superpesanti" o nelle vicinanze di un buco nero.Ecco perche' l'Effetto Klein non ha ancora avuto riscontro empirico e nessuno prima di di Geim si era avventurato nel progettare un esperimento ad hoc.Isolando singoli fogli di grafene,Geim ha invece avuto la possibilita' di analizzare in laboratorio un sistema in totale analogia formale con quello dei fotoni della luce nel vuoto:condizione che gli potra' permettere di effettuare a breve un esperimento di portata storica.Se avra' successo,l'esperienza potrebbe aprire strade interessanti per lo sviluppo di nuovi tipi di dispositivi semiconduttori:transistor basati sull'Effetto Klein e non solo sull'Effetto Tunnel.A differenza di quest'ultimo,maggiore e' la barriera di potenziale e maggiore e' la probabilita' di "tunneling":un paradosso che potrebbe rivelarsi decisivo per l'elettronica.

Dentro una semplice matita si nascondono la chiave per la superconduzione e molte altre scoperte del futuro.Se n'e' accorto per primo un gruppo di ricercatori dell'Universita' di Manchester,guidati da Andre Geim,che e' riuscito a ricavare dalla striscia di grafite,lasciata dalla mina,un film sottile di un materiale chiamato grafene,le cui proprieta' mimano quelle della materia presente nell'Universo nei primi istanti dopo il Big Bang.Secondo alcuni studi,il grafene ha delle qualita' nella conduzione dell'elettricita' che potrebbero aprire la strada a nuovi dispositivi elettronici superveloci.Le proprieta' elettriche del grafene sono molto particolari:a differenza degli altri conduttori,infatti,in cui gli elettroni si muovono caoticamente,in questo materiale percorrono spazi enormi senza rimbalzare,raggiungendo velocita' molto piu' elevate.Inoltre,anche le proprieta' globali degli elettroni del grafene sono particolari:essi infatti visti nell'insieme si comportano come quasi-particelle,delle strutture particolari che gli studiosi di norma ottengono con degli accelleratori di particelle.

Molto interessante.
Gli elettroni nella struttura di grafene si spostano come se fossero un'onda anzichè particelle...
Transistors da 10um...
Complimenti Stargate, bell'argomento...