nanofase
nanofase
Porzione di materia dotata di omogeneità chimica e fisica (tale da costituire una fase singola) e avente dimensioni di ordine nanometrico. Per definizione, una fase è una regione di materia chimicamente e fisicamente omogenea, confinata verso l’esterno da una superficie che la contiene interamente. Nel caso delle fasi solide un attributo addizionale è la presenza di ordine a corto e lungo raggio, che è quello tipico delle strutture cristalline, mentre nelle fasi liquide si può osservare ordine solo a corto raggio, per distanze dell’ordine di qualche lunghezza di legame. Secondo questa definizione, una nanofase è una fase tridimensionale caratterizzata da un volume definito e separata dal resto dell’universo da una superficie di separazione. Generalmente ci si riferisce a nanofasi prendendo in considerazione fasi cristalline, cioè fasi strutturalmente ordinate, aventi dimensioni misurabili in termini di nanometri. Nanofasi sono pertanto singoli cristalliti aventi dimensioni di questo ordine di grandezza o regioni strutturalmente ordinate immerse in una matrice non cristallina, quale potrebbe essere un solido amorfo o un vetro, la cui presenza può essere rilevata indirettamente da misure ottiche o elettriche e direttamente da osservazioni mediante un microscopio elettronico in trasmissione. Nanofasi di natura diversa sono quelle bidimensionali, costituite da un monostrato di atomi o molecole impaccate rigidamente in un reticolo bidimensionale. Fino alla scoperta, nel 2004, del grafene, un monostrato piatto di atomi di carbonio impaccati con la struttura della grafite, queste fasi erano state solo oggetto di studi teorici. Si riteneva infatti che il grafene non potesse esistere allo stato libero, tendendo a curvarsi o impaccarsi per dare luogo a nanotubi o a fullereni. Il grafene oggi viene preparato a partire da cristalli naturali di grafite, e non è più un caso unico, in quanto sono stati preparati cristalli bidimensionali di nitruro di boro e di altri composti a struttura a strati come la grafite. Le nanofasi presentano proprietà fisiche molto diverse dalle corrispondenti fasi macroscopiche. Per es., nei nanocristalli di silicio immersi in una matrice di ossido di silicio i portatori di carica possono essere confinati quantisticamente, con rilevanti effetti sulle proprietà di fotoemissione. Nei cristalli di grafene i portatori di carica (elettroni e buche) presentano mobilità elevatissime (100 volte superiori a quelle misurabile nel silicio) e mostrano proprietà relativistiche.