- INFO POINT
- Di Redazione BoLab
Un monostrato di MoS2 conserva carica per oltre 300 giorni e controlla la fluorescenza con difetti atomico
A volte un difetto può essere più utile della perfezione. Un gruppo di ricercatori del CNR e dell’ Università di Firenze ha trasformato un materiale spesso appena un singolo strato atomico in una superficie capace di conservare carica elettrica per mesi e, contemporaneamente, modificare il proprio comportamento ottico. Il risultato, pubblicato su Nano Letters, riguarda il disolfuro di molibdeno, MoS2, uno dei semiconduttori bidimensionali più studiati per la nanoelettronica.
Il segreto consiste nel togliere deliberatamente alcuni atomi di zolfo dalla struttura cristallina. Queste vacanze atomiche diventano trappole per gli elettroni. Utilizzando una nanolitografia elettrochimica priva di elettrodi, i ricercatori sono riusciti a distribuirle secondo schemi controllati con precisione sub-micrometrica e con densità comprese tra 10¹° e 10¹³ difetti per cm².
Il risultato è un elettrete bidimensionale: l’equivalente elettrostatico, per semplificare, di ciò che un magnete permanente rappresenta per il magnetismo. Le aree modificate hanno raggiunto densità superficiali di carica fino a 1 µC/cm², mantenendola per più di 300 giorni in condizioni ambientali normali. Non è quindi una batteria che accumula energia attraverso reazioni chimiche, ma una superficie capace di conservare a lungo una configurazione elettrica.
Gli stessi difetti modificano anche l'emissione luminosa del materiale. Intervenendo sugli eccitoni, coppie formate da un elettrone e dalla relativa lacuna elettronica, i ricercatori hanno ridotto il tempo di vita della fluorescenza da decine di nanosecondi a poche centinaia di picosecondi. È quindi possibile “disegnare” sulla stessa superficie sia proprietà elettriche sia regioni con risposta ottica differente.
Le applicazioni restano per ora prospettive di ricerca: memorie miniaturizzate, optoelettronica, sensori, superfici funzionali e, più indirettamente, tecnologie per l’accumulo. Il risultato interessante è soprattutto concettuale. Nei semiconduttori i difetti vengono normalmente combattuti perché peggiorano le prestazioni; qui diventano invece elementi da progettare. Anche studi precedenti sul MoS2 avevano mostrato che controllare le vacanze di zolfo permette di modificarne proprietà elettroniche e catalitiche.
La miniaturizzazione potrebbe così compiere un ulteriore salto: non soltanto costruire dispositivi con pochi strati di atomi, ma programmare direttamente le imperfezioni di quegli atomi per decidere che cosa il materiale dovrà ricordare e come dovrà interagire con la luce.
