Un solo strato di atomi per conservare carica elettrica e controllare la luce

Un solo strato di atomi per conservare carica elettrica e controllare la luce / Toward Two-Dimensional MoS2 Electrets with Modulated Fluorescence - CNR / UNI FI

CNR 21/10/2026 Comunicato stampa / Download Pubblicazione

Un team interdisciplinare del Cnr e dell’Università degli Studi di Firenze ha modificato artificialmente un materiale dello spessore di appena un singolo strato atomico, per renderlo capace di conservare carica elettrica per tempi molto lunghi e di modificare in modo controllato la propria capacità di emettere luce. Il materiale, descritto su Nano Letters, presenta proprietà di grande interesse per l’optoelettronica, le batterie e la realizzazione di superfici funzionali avanzate

Un materiale spesso appena un singolo strato atomico, capace di conservare carica elettrica per tempi molto lunghi e di modificare in modo controllato la propria capacità di emettere luce. È il risultato ottenuto da un team interdisciplinare del Consiglio Nazionale delle ricerche - Istituti per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (Cnr-Ismn), per la Microelettronica e Microsistemi (Cnr-Imm) e dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo (Cnr-Imem) - insieme a colleghi dell’Università degli Studi di Firenze. Lo studio, pubblicato su Nano Letters, riguarda il disolfuro di molibdeno (MoS2), composto che, quando è ridotto a un singolo strato atomico, presenta proprietà elettroniche e ottiche di grande interesse tecnologico.

“La chiave della scoperta è il controllo estremamente preciso di alcuni difetti della struttura atomica del materiale, piccoli siti in cui mancano atomi di zolfo chiamati vacanze di zolfo”, afferma Massimiliano Cavallini (Cnr-Ismn). “Con una tecnica di nanolitografia elettrochimica sviluppata dal gruppo di ricerca, i ricercatori sono riusciti a introdurre e distribuire questi difetti secondo schemi controllati, con precisione sub-micrometrica. In questo modo il materiale risulta in grado di mantenere una carica elettrica per tempi molto lunghi: una sorta di memoria elettrostatica racchiusa in uno spessore di un atomo”.

La disposizione dei difetti atomici riguarda soltanto la capacità di immagazzinare carica e permette di modificare il modo in cui il materiale emette luce. “Oltre allo stoccaggio di carica elettrostatica ottenuto in modo spazialmente controllato, siamo riusciti a modulare l’emissione di luce degli eccitoni, le entità fisiche che descrivono l’interazione tra un elettrone e una lacuna elettronica”, prosegue Cavallini. “In particolare, vengono controllate le zone nelle quali il materiale può emettere luce e il tempo di vita della fluorescenza, che passa da decine di nanosecondi a poche centinaia di picosecondi. Variazione che mostra come l’ingegnerizzazione dei difetti atomici sia uno strumento efficace per regolare la risposta ottica ed elettrica del materiale bidimensionale”.

La ricerca dimostra che i difetti atomici non sono necessariamente imperfezioni da eliminare: se controllati con precisione, possono diventare una risorsa per dare nuove proprietà ai materiali. Integrare in un singolo strato atomico la conservazione della carica elettrica e la modulazione delle proprietà ottiche apre nuove prospettive per lo studio di materiali bidimensionali multifunzionali, che riguardano l’optoelettronica, i dispositivi di memoria, batterie e la realizzazione di superfici funzionali avanzate.

Il lavoro è stato realizzato nell’ambito del progetto PRIN Molecular Assisted atom Vacancies Arrangement to modulate Magnetism in 2D transition metal dichalcogenides (MAVAM) finanziato dal MUR - European Union – Next Generation EU.

L.S. acknowledges the support of the European Union, Next Generation EU, Mission 4, Component 1, through the MUR PRIN2022 project “2DIntegratE” (2022RHRZN2). Space It Up project funded by the Italian Space Agency and the Ministry of University and Research under contract n. 2024-5-E.0 - CUP Master n. I53D24000060005 (CUP n. B53D24000100005).

Per informazioni:
Massimiliano Cavallini
Cnr-Ismn
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Ufficio stampa:
Francesca Gorini
Cnr - Unità Ufficio Stampa
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