Silicene, l'analogo in silicio del grafene

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Prodotto per la prima volta un foglio di silicene, un materiale bidimensionale simile al grafene ma composto da atomi di silicio. La sua esistenza era stata prevista teoricamente; ma non era ancora stata dimostrata in maniera convincente. Il nuovo materiale, dalle proprietà elettroniche simili a quelle del grafene, promette di essere più agevolmente integrabile nei dispositivi elettronici



La scoperta delle singolari proprietà del grafene da parte di Andre Geim e Konstantin Novoselov, che per questo hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2010, ha aperto l’era dei materiali “bidimensionali” spingendo i ricercatori a studiare nuovi materiali 2D che proprio in virtù del loro confinamento in un piano mostrassero caratteristiche altrettanto se non più interessanti. Solo ora però si profila un serio concorrente al “trono” del grafene: il silicene.

Come annunciano in un articolo pubblicato sulle “Physical Review Letters” un gruppo di ricercatori della Technische Universität di Berlino, del CNR-ISM a Roma, dell’Université d'Aix-Marseille e del Synchrotron SOLEIL a Saint Aubin è riuscito a produrre, mediante una tecnica di condensazione di vapore di silicio su un substrato d’argento, un foglio monomolecolare di silicio, il silicene appunto. Il particolare interesse del silicene è dovuto al fatto che esso dovrebbe avere proprietà elettroniche simili di grafene, ma dovrebbe essere più compatibile e integrabile con gli attuali dispositivi elettronici a base di silicio.

L’esistenza del silicene era stata prevista per via teorica fin dal 1994, ma sembra che in natura non esista né che esista una fase solida del silicio che sia il corrispettivo di ciò che è la grafite per il carbonio, "di conseguenza – ha detto Patrick Vogt, uno degli autori della ricerca – strati di puro silicene 2D non possono essere generati con metodi di esfoliazione come nel caso del grafene e devono essere presi in considerazione metodi più sofisticati per la crescita di silicene".

Nel 2010, un altro gruppo di Aix-Marseille diretto da Bernard Aufray aveva cercato di ottenere il silicene con una
tecnica affine a quella utilizzata in questo ultimo studio, portando a supporto del risultato immagini e misurazioni ottenute in microscopia a effetto tunnel. Tuttavia, la comunità scientifica non era rimasta convinta dell’effettiva produzione del silicene dato che – come viene ricordato nell’articolo “non è la prima volta nel campo della ricerca che le misure STM sono fuorvianti nell’individuazione di trovare un modello strutturale atomico”.

Per questo i ricercatori hanno voluto produrre una dimostrazione inappuntabile dell’esistenza del silicene, impegnandosi in uno sforzo che ha richiesto la mobilitazione in campi e tecniche disparate. Alla fine, il risultato è stato raggiunto: lo strato silicene 2D formato sulla superficie del substrato in argento mostrava una modalità di crescita e aspetti strutturali e chimici previsti dalla teoria per il silicene; la distanza fra gli atomi vicini di silicio era “ragionevole”; la velocità Fermi corrispondeva a quella prevista per un sistema 2D; la dispersione elettronica era simile a quella dei fermioni relativistici di Dirac; il sistema era energeticamente stabile.

Ora i ricercatori intendono cercare di far crescere il silicene su materiali diversi dai metalli, per esempio semiconduttori o isolanti, cosa che consentirebbe una ancora maggiore adattabilità del materiale alle future applicazioni tecnologiche.

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