Materiali atomicamente sottili: come produrli e studiarli
Per l’evento “Sintesi, struttura e proprietà di nuovi materiali 1D e 2D” della Commissione Tematica Energia, svoltosi lunedì 13 dicembre 2021 in modalità ibrida, sono stati nostri ospiti i professori Andrea Li Bassi e Carlo S. Casari del NanoLab, il Laboratorio Materiali Micro- e Nanostrutturati del Politecnico di Milano. Grazie alla loro grande esperienza, maturata in anni di ricerche nel campo della fisica della materia e delle nanotecnologie, i due professori hanno presentato una panoramica delle linee di ricerca attualmente seguite al NanoLab, con particolare attenzione alle strutture lineari di carbonio e ai materiali bidimensionali.
Nel primo intervento, il prof. Carlo Casari ha introdotto la tematica delle nanostrutture a base di carbonio partendo dalle sue forme bulk più note (diamante e grafite), per poi passare attraverso le sue nanostrutture più famose (fullereni, nanotubi e grafene), fino ad arrivare a quella che è considerata la “forma allotropica mancante”, ovvero la carbina. Con questo termine, si indica infatti una catena lineare, idealmente infinita, di atomi di carbonio tutti con ibridizzazione sp. Le proprietà teoricamente previste per questo materiale sono particolarmente interessanti, sia dal punto di vista meccanico, sia da quello optoelettronico. A livello sperimentale, catene lineari di lunghezza finita sono sintetizzate al NanoLab attraverso metodi fisici in liquido che sfruttano scariche ad arco o ablazione laser, e sono stabilizzate da specifici gruppi terminali. Al variare del numero di atomi di carbonio e dei gruppi terminali, le proprietà ottiche ed elettroniche di queste catene lineari possono essere modulate in un ampio intervallo. Infine, sono stati mostrati anche alcuni esempi di materiali carboniosi 2D con ibridazione mista sp/sp2.
Nel secondo intervento, il prof. Andrea Li Bassi ha invece illustrato la ricerca condotta al NanoLab su materiali 2D innovativi, sintetizzati attraverso metodi di evaporazione fisica in vuoto su superfici metalliche pulite e caratterizzati in ultra-alto vuoto mediante microscopia e spettroscopia a effetto tunnel. Un materiale bidimensionale, caratterizzato da spessori variabili da un singolo atomo a qualche atomo, possono presentare infatti proprietà marcatamente diverse dal loro corrispondente materiale bulk, oltre che fortemente dipendenti dal numero di monostrati e dall’interazione con il substrato, cosa che li rende particolarmente interessanti per la loro risposta ottica ed elettronica. Alcuni materiali attualmente studiati al NanoLab su superfici orientate di oro e argento sono ad esempio i dicalcogenuri di metalli di transizione (come MoS2, WS2, MoSe2) e alcuni ossidi (ZnO). Un’ulteriore evoluzione è rappresentata dall’integrazione di diversi materiali 2D per formare eterostrutture verticali o laterali, anche con molecole organiche, in cui proprietà innovative possono manifestarsi grazie alla combinazione di materiali 2D differenti.
La Commissione Energia ringrazia i due ospiti e tutti i Soci presenti e vi dà appuntamento ai prossimi eventi a tema nel 2022!
