Nanotecnologia: dall'applicazione al business d'impresa

Il 2010 è stato l’anno che ha incoronato il grafene come materiale del futuro. Il premio nobel della fisica è stato assegnato a due giovani ricercatori russi, A. Geim e K. Novoselov proprio per i loro esperimenti sul monostrato di carbonio,ratificando così le proprietà eccezionali di questo materiale cristallino e bidimensionale. La struttura particolare del grafene rende infatti questo materiale cento volte più robusto dell’acciaio pur avendo una densità di gran lunga minore.
Il grafene può essere utilizzato in svariati campi,ma tra i settori che beneficeranno delle caratteristiche di questo materiale vi è senza alcun dubbio quello dell’elettronica, dove il monostrato di carbonio si appresta a diventare il sostituto del silicio, per computer superveloci. La scoperta del grafene, un semplice foglietto bidimensionale di grafite a dimensione nanotecnologica, ha favorito lo sviluppo dell’immaginario scientifico per le numerose possibilità di applicazione tecnologica.

Il grande interesse per queste possibili applicazioni è la conseguenza del fatto che la grafite è un materiale a base di carbonio facilmente reperibile e poco costoso, mentre l’interesse scientifico per il grafene è dovuto dal fatto che la peculiare geometria a nido d’ape degli atomi di carbonio da origine a particolari proprietà elettroniche. Gli elettroni degli atomi di carbonio essendo configurati a muoversi nel piano bidimensionale entro una rete ad elevata simmetria esagonale, si trovano nelle condizioni simili a quelle della superconduzione a bassa dispersione di energia.

Tale proprietà può diventare utile ad esempio nel campo della nanoelettronica o dei computer quantici di dimensioni molto piccole rispetto a quelle in uso, e in tutti quei casi dove sarà possibile sostituire con il grafene i chip di silicio.
Tecnicamente il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio. I singoli atomi di carbonio sono legati tra loro, come sopra citato, a creare un reticolo a nido d’ape, dove ogni atomo partecipa con quattro elettroni, di cui tre impegnati nei legami chimici con atomi vicini e uno libero di muoversi da atomo ad atomo. Questa particolarità porta ad avere elettroni che viaggiano come se non avessero massa, quindi è come se il grafene fosse percorso da fotoni carichi che trasportano corrente ma che mantengono le proprietà delle particelle soggette alla teoria della relatività “ristretta” di Einstein.