Il silicene, parente del grafene, rivoluzionerà la nanoelettronica
Il silicene è un allotropo 2D del silicio, con una struttura a nido d’ape esagonale simile a quella del grafene. Nonostante le fenomenali proprietà del grafene, la sua crescita su grandi aree e l’integrazione con le attuali nanotecnologie a base di silicio si trovano ad affrontare sfide importanti. La sintesi sperimentale del silicene ha stimolato una tremenda analisi teorica a livello di proprietà fisiche, in particolare elettroniche. Per esempio, i ricercatori hanno dimostrato che la struttura di banda del silicene assomiglia a quella del grafene, con dispersione di elettroni di Dirac in prossimità degli angoli relativi alla zona di Brillouin esagonale. Inoltre, si è riscontrato che il silicene può sostenere un effetto di Hall con spin quantistico stabile. Finora, è stato difficile sintetizzare del silicene in forma isolata. All’interno del progetto SILINANO (Silicene, a new material for nanoelectronics), gli scienziati hanno sperimentato con successo la crescita di silicene su substrati d’argento. Tuttavia, la forte interazione tra silicene e metalli, in questo caso l’argento, può risultare dannosa per le proprietà elettroniche del silicene. A tale fine, gli sforzi del team miravano ad assorbire le molecole organiche (metallo-porfirine) sulla sua superficie. Utilizzando una tecnica sperimentale chiamata spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES, angle-resolved photoemission spectroscopy), gli scienziati hanno studiato a fondo il modo in cui le proprietà delle molecole organiche possono influenzare la struttura elettronica della superficie argento-silicene. È importante sottolineare che i ricercatori hanno aggiornato correttamente il setup sperimentale e sviluppato un protocollo standard per l’esecuzione di esperimenti di fotoemissione dipendenti dalla temperatura. Ciò ha permesso l’identificazione delle condizioni di crescita più adatte al silicene e migliorato la comprensione della sua chimica di superficie. Il team ha inoltre eseguito esperimenti con la funzionalizzazione del grafene su un substrato di iridio mediante intercalazione di cobalto e formazione di altre reti di fogli 2D covalenti utilizzando la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e con temperatura programmata. Una maggiore comprensione della formazione relativa allo strato 2D in funzione alla copertura molecolare del catalizzatore co-depositato dovrebbe consentire lo sviluppo di tali strati su scala industriale. Combinando le proprietà di silicio e grafene, il silicene rappresenta un passo in avanti nell’obiettivo di un’ulteriore miniaturizzazione della nanoelettronica. A differenza del suo omologo grafene, il silicene è caratterizzato da una piccola banda proibita, il che lo rende adatto per applicazioni nanoelettroniche, specialmente per i transistor.
Parole chiave
Grafene, silicene, nanoelettronica, argento, porfirina, spettroscopia