Il grafene, la nano-pellicola del Nobel

ROMA - Per i loro «pioneristici esperimenti sul grafene», i russi Andre Geim e Konstantin Novoselov hanno vinto il premio Nobel per la fisica. Il grafene è una specie di santo Graal dell'elettronica, un nuovo materiale basato sul carbonio cui si attribuiscono proprietà miracolose, in grado di migliorare di centinaia di volte le prestazioni dei computer, ma che per ora non è possibile integrare con la circuteria elettronica utilizzata dall'industria. Quando nei laboratori verrà realizzata questa integrazione, e si passerà all'impiego su prodotti da mettere sul mercato, non è esagerato prevedere che l'intera società umana ne verrà trasformata.

Le proprietà del grafene derivano dalle caratteristiche chimico-fisiche del suo elemento base: il carbonio, l'atomo più «versatile» fra tutti (non a caso, è anche alla base dei composti biologici). Si presenta come la pellicola più sottile che esista: un «velo» spesso 0,35 nanometri (un nanometro è un milionesimo di millimetro), quanto due sole molecole di carbonio. Gli atomi nella sua struttura sono disposti in cellette esagonali, una configurazione che rende stabile l'insieme. Ciò che rende grandi le aspettative che riguardano il grafene sono le proprietà elettroniche che ha mostrato in laboratorio. Se potesse sostituire il silicio per dar luogo a circuiti integrati di nuovo tipo, si potrebbe generare a una velocità di computazione da cento a mille volte superiore a quella degli attuali «chip» che formano il cuore dei computer: da cento a mille passaggi da «zero» a «uno» in un solo secondo. Non ci siamo molto lontani. In diversi laboratori, fra cui quelli dell'Ibm, si sono già realizzati wafer (sottili sfoglie) di grafene con incisa la circuiteria elettronica. Si sta lavorando per migliorare la mobilità interna degli elettroni.

Ma non c'è solo questo. Ricercatori della Corea del Sud hanno annunciato di aver trovato il modo di stampare uno strato di grafene su schermi grandi 30 pollici. Si potranno realizzare display flessibili come un foglio di carta, dalla resa ottica ineguagliata. Inoltre, utilizzando il grafene al posto dell'attuale ossido di indio-stagno per realizzare gli elettrodi trasparenti di un display ultrasottile, dicono i ricercatori, si risparmia sui costi, si guadagna in robustezza, velocità di risposta e flessibilità e si ha la possibilità di sfruttare un materiale molto più comune. Ancora: il grafene si è rivelato capace di produrre elettricità direttamente dal calore. Lo hanno scoperto al Massachusetts Institute of Technology, e adesso pensano a come introdurre una tecnologia derivata dal fenomeno in apparecchi dalle dimensioni ridotte. Alla base del suo funzionamento c'è un nanotubo di carbonio: riempito di materiale combustibile. I ricercatori hanno innescato la reazione di combustione a uno dei due capi del cilindro tramite un raggio laser o una scintilla ad alto voltaggio. Il risultato è una «onda termica» che brucia a oltre 2.700 gradi centigradi, ovvero una reazione che consuma il combustibile a una velocità di molto superiore a quella normalmente osservata per una reazione chimica (circa 10mila volte più in fretta). L'effetto collaterale è un'analoga onda che trasporta gli elettroni da un capo all'altro del nanotubo: generando corrente elettrica. Nei laboratori si vanno continuamente scoprendo nuove proprietà e applicazioni per il materiale realizzato dai nuovi Nobel Andre Geim e Konstantin Novoselov. Il problema è che, almeno per ora, il processo di produzione del materiale è ancora ristretto ai laboratori, data la complessità e il costo. Inoltre, deve ancora essere tutta studiata la possibilità di sviluppo a livello di tecnologie di consumo delle proprietà del materiale. Ma sono in molti a scommettere che cambierà le nostre vite.