All’inizio del 2018, in un paio di articoli pubblicati contemporaneamente sulla rivista Nature, il gruppo del fisico spagnolo Pablo Jarillo-Herrero ha mostrato sperimentalmente che impilare due fogli di grafene, strutture spesse un atomo che assomigliano a una successione di alveari di carbonio intrecciati, ruotando molto sottilmente una lama rispetto all’altra potrebbe produrre due effetti diametralmente opposti in funzione della densità elettronica del solo sistema.
Per determinati valori di questo parametro, il materiale è diventato un isolante e non ha lasciato passare la corrente elettrica. Se, oltre a disallineare uno degli strati di grafene con un angolo di 1,1 gradi, il team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha leggermente aumentato la quantità di elettroni, i fogli hanno iniziato a comportarsi come un superconduttore e la corrente elettrica scorreva senza alcuna resistenza attraverso il materiale.
Gli esperimenti si sono svolti a temperature molto basse, a -271 gradi Celsius, molto vicine allo zero assoluto. Ma l’evidenza della superconduttività è bastata a riscaldare un’area che era emersa come teoria alla fine degli anni 2000 e non aveva ancora prodotto una grande impresa di laboratorio: la twisttronics, ovvero lo studio degli effetti prodotti dall’atto di girare uno dei le foglie di un sistema costituito da due o più strati di grafene o altri materiali di sole due dimensioni, come il solfuro di molibdeno (MoS 2 ) e il nitruro di boro (BN). A metà febbraio di quest’anno, un team coordinato dai ricercatori dell’Università Federale del Minas Gerais (UFMG) ha presentato un’apparecchiatura ottica che potrebbe essere fondamentale per capire come funziona il twisttronics.
Fogli deliberatamente disallineati
In un articolo apparso su Nature, il gruppo guidato dal fisico Ado Jório ha descritto il funzionamento del nanoscopio, un dispositivo che produce immagini su scala atomica di ciò che accade all’interno di strutture come un paio di fogli di grafene. “Con il nanoscopio, siamo stati in grado di vedere dove si trovano gli stati vibrazionali dei fogli di grafene ruotati e cercare di capire le loro proprietà elettroniche locali“, spiega il ricercatore dell’UFMG. “Non è solo un dispositivo che produce immagini ad alta risoluzione, ma uno strumento utile per comprendere la twisttronics“.
Il lavoro è firmato da 13 ricercatori e studenti laureati dell’UFMG, altri due colleghi brasiliani – uno dell’Università Federale di Bahia (UFBA) e un altro dell’Istituto Nazionale di Metrologia, Qualità e Tecnologia (Inmetro), a Brasilia – e otto co-autori di istituzioni in Giappone, Belgio e Stati Uniti. Lo studio riporta i risultati delle misurazioni effettuate dal nanoscopio su due fogli di grafene sovrapposti, uno dei quali è stato leggermente ruotato. Come negli esperimenti del team Jarillo-Herrero del MIT, la lama leggermente disallineata è stata ruotata a vari angoli di circa 1,1 gradi, un valore soprannominato l’angolo magico dalla comunità accademica.
Finora sono stati prodotti quattro nanoscopi. Due sono all’UFMG, uno all’Università Federale del Ceará (UFC) e un quarto all’Inmetro. Due unità del prototipo pre-commerciale del dispositivo sono attualmente in fase di assemblaggio e dovrebbero essere pronte entro la metà dell’anno. Nell’ottica di un possibile mercato di vendita delle apparecchiature a laboratori di ricerca e aziende, in Brasile sono stati richiesti nove brevetti riferiti al nanoscopio, due dei quali anche all’estero. I diritti per la produzione commerciale dell’attrezzatura, che sarà divisa tra UFMG ed enti che finanziano la ricerca, saranno probabilmente trasferiti a una piccola azienda nata dal lavoro del team di Jório e attualmente coordinata da tre ex dottorandi.
