Un gruppo di ricercatori della Ohio State University è riuscita a definire un nuovo metodo per la deposizione del germanio in monostrati, potendo così realizzare un materiale dalle prestazioni di gran lunga superiori a quelli del silicio e che rappresenta una alternativa di facile realizzazione anche rispetto ai materiali di prossima generazione come, ad esempio, il grafene.
Joshua Goldberger, professore della OSU, ha commentato: "Siamo stati capaci di realizzare il corrispettivo in germanio del grafene, un singolo strato idrogeno-terminato proprio come i materiali in grafene, ma molto più semplice da realizzare. Nel processo lo abbiamo trasformato da un materiale a banda proibita indiretta a un materiale a banda proibita diretta, rendendolo adatto anche per applicazioni ottiche". Il materiale è stato battezzato "germanano", imitando il nome di "grafano" che indica monostrati di grafene idrogeno-terminati.
Già altri ricercatori hanno cercato di fabbricare monostrati di germanio, ma hanno incontrato problemi simili a quelli della realizzazione dei monostrati di grafene e cioè la difficoltà di crescere reticoli cristallini puri su un intero wafer.
Il professore afferma di essere stato in grado di sintetizzare per la prima volta i reticoli cristallini di germanio idrogeno-terminato, grazie ad un processo di de-intercalazione topochimica: Goldberger ha interposto atomi di calcio tra monostrati di germanano, facilitando in questo modo la crescita su laga scala, dissolvendo quindi il calcio e riempendo i vuoti del reticolo con atomi di idrogeno allo scopo di impedire l'ossidazione. I ricercatori sono stati quindi capaci di esfoliare monostrati di germanano da sottoporre a test di laboratorio.
A differenza del carbonio (su cui si basa il grafene), il germanio può essere fatto crescere più facilmente utilizzando i macchinari per la produzione di semiconduttori. Goldberger sottolinea che il nuovo materiale potrà essere utilmente impiegato nella realizzazione di dispositivi optoelettronici e sensori avanzati, dal momento che la sua mobilità elettronica è cinque volte superiore a quella del germanio grezzo (ovvero circa 10 volte superiore a quella del silicio), con una banda proibita di 1,53eV, leggermente più elevata di quella dell'arseniuro di gallio.
Per certi versi si può parlare di un ritorno al passato, dal momento che il germanio è stato il primo materiale utilizzato per la realizzazione dei transistor, nelle prime sperimentazioni portate avanti nel corso del 1947 dagli AT&T Bell Labs. Sin da allora il silicio ha poi assunto il titolo di materiale d'elezione per la realizzazione di semiconduttori, anche se si segnala negli anni recenti un ritorno all'impiego del germanio per la realizzazione di rilevatori ottici analogici e ricetrasmettitori digitali ad elevate prestazioni.
Il prossimo passo dei ricercatori è la realizzazione di dispositivi funzionanti con il nuomo materiale e la sperimentazione di varie molecole di terminazione oltre all'idrogeno, che possano funzionare da droganti per enfatizzare proprietà elettriche ed ottiche. Attualmente il materiale risulta essere stabile fino alla temperatura di 75°C: anche su questo versante i ricercatori sperano di poter spingere questo limite ulteriormente verso l'alto per aprire la porta all'impiego del materiale in una più vasta gamma di impieghi.
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