Considerato uno dei materiali più promettenti per la tecnologia del futuro, dai microchip ultra-veloci ai sensori di nuova generazione, il grafene deve le sue eccezionali proprietà a una struttura straordinariamente sottile, composta da un singolo strato di atomi di carbonio. Tuttavia, anche se al microscopio tradizionale il materiale appare omogeneo, minuscole variazioni locali nella sua struttura e nelle cariche elettriche possono cambiarne radicalmente il comportamento.

Per individuare questi dettagli, lo studio, condotto dal gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria (SBAI) della Sapienza Università di Roma, con attività sperimentali svolte presso il Centro di Ricerca per le Nanotecnologie applicate all’Ingegneria (CNIS), insieme al Politecnico di Torino e a Graphenea, ha messo a confronto i metodi di analisi classici con strumenti avanzati capaci di osservare il grafene a livello dei nanometri, rivelando difetti ed eterogeneità finora invisibili.. La ricerca è stata condotta nell'ambito del progetto europeo CHALLENGES (Real time nano CHAracterization reLatEd techNloGiEeS) e pubblicata sulla rivista ACS Omega. L’immagine realizzata per lo studio è stata inoltre selezionata per la copertina del volume 11, fascicolo 34, del 1° settembre 2026 della rivista.

Per analizzare il grafene si usa da tempo la spettroscopia Raman, una tecnica ottica che permette di studiarne la struttura e i difetti. Questo metodo tradizionale presenta però un limite: misura una porzione di materiale relativamente grande, facendo una sorta di "media" delle sue caratteristiche e nascondendo i dettagli più piccoli. Per superare questa barriera, i ricercatori hanno impiegato la TERS (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy). Questa tecnologia avanzata sfrutta una minuscola sonda ad altissima precisione che funziona come una lente d'ingrandimento nanometrica, consentendo di esplorare il materiale con un livello di dettaglio decisamente superiore rispetto alle analisi classiche.

L'integrazione tra le misurazioni TERS e un'elaborazione matematica dei dati ha rivelato ciò che prima era solo ipotizzato: un comportamento apparentemente uniforme cela una spiccata varietà di micro-ambienti su scala nanometrica. I ricercatori sono così riusciti a separare e mappare distintamente sia le tensioni meccaniche della trama del grafene (gli effetti di strain) sia le concentrazioni di cariche elettriche (il doping), fornendo un quadro estremamente preciso del materiale.

Questo risultato dimostra la necessità di studiare i materiali avanzati proprio alla scala infinitesimale in cui avvengono i fenomeni che ne guidano il funzionamento. Il metodo di analisi messo a punto dal team non riguarda solo il grafene: potrà essere esteso a un'intera classe di nuovi materiali bidimensionali e nanostrutturati, nei quali impercettibili variazioni locali possono fare la differenza sulle prestazioni finali di dispositivi e tecnologie.

Riferimenti: Anacleto Proietti et al., Nanoscale Disentangling of Strain and Doping in Monolayer Graphene Grown on Cu-Based Growth Template and Transferred onto Si Substrate by Combining TERS, Raman Correlation Analysis, and PCA, ACS Omega (2026) DOI: 10.1021/acsomega.6c05883