Il grafene è il più famoso fra i materiali a due dimensioni, ma in realtà esiste tutta una famiglia di cristalli bi-dimensionali dalle qualità straordinarie. Sono ottimi isolanti e conduttori di elettricità formidabili e, se usati in combinazione e impilati gli uni sugli altri, danno vita ad altri materiali con nuove proprietà.
Dal nitruro di boro esagonale al disolfuro di tungsteno, sono cristalli che mostrano proprietà diverse e complementari a quelle del grafene, spiega Cinzia Casiraghi, che lavora nella Freie University di Berlino e nell’università britannica di Manchester, in collaborazione anche con gli autori della scoperta del grafene, i Nobel Andre Geim e Kostya Novoselov. Il materiale è stato scoperto grazie a una striscia di nastro adesivo. I due ricercatori l'avevano usata per tirare via uno strato di grafite, il materiale derivato dal carbonio di cui sono fatte le comuni matite.
''Nel lavoro iniziale di Geim e Novoselov, pubblicato nel 2005 sulla rivista dell'Accademia di Scienze degli Stati Uniti (Pnas) - ha spiegato Casiraghi - non solo la grafite, ma anche altri tipi di materiali sono stati esfoliati con il nastro adesivo. Quindi, sebbene il grafene sia il material bi-dimensionale più famoso, in realtà abbiamo a disposizione una famiglia di cristalli bi-dimensionali''. In aggiunta, ha proseguito la ricercatrice, possiamo anche modificare il grafene, perciò a tale famiglia si aggiungono anche i derivati chimici di grafene, come il ''graphane''.
I cristalli bi-dimensionali non grafenici, ha spiegato ''mostrano proprietà diverse (e complementari) a quelle del grafene. Per esempio il nitruro di boro esagonale ha una struttura cristallografica simile a quella del grafene, ma proprietà molto diverse, infatti è un isolante. Per questa ragione, tale cristallo è spesso usato come barriera per isolare elettricamente i vari cristalli che compongono l'etero-struttura''.
Il disolfuro di tungsteno è invece capace di assorbire la luce in modo molto efficiente e per questo può essere utilizzato nei dispositivi fotovoltaici.
Un'altra categoria di materiali che sono al momento sotto investigazione, ha aggiunto la ricercatrice, ''sono i cristalli appartenenti alla famiglia dei metalli di transizione chiamati in inglese 'Dichalcogenides' che hanno proprietà elettroniche che variano a seconda della composizione e dello spessore''. In genere dispositivi fatti con tali cristalli mostrano una forte fotoluminescenza e assorbimento della luce, suggerendo applicazioni in elettronica e fotonica.