Silicen rewolucjonizuje nanoelektronikę
Silicen jest dwuwymiarową alotropową odmianą krzemu o heksagonalnej strukturze plastra miodu, przypominającej budowę grafenu. Pomimo fenomenalnych właściwości grafenowych, problemem jest hodowanie silicenu o dużej powierzchni i integracja z aktualnie dostępnymi nanotechnologiami krzemowymi. Eksperymentalna synteza silicenu uruchomiła szeroko zakrojone badania teoretyczne nad jego właściwościami fizycznymi, w tym w szczególności właściwościami elektronicznymi. Przykładowo, naukowcy dowiedli, że struktura pasma silicenu przypomina strukturę grafenu, odznaczając się dyspersją elektronów typu Dirac w pobliżu rogów sześciokątnej strefy Brillouina. Ponadto stwierdzono, że silicen może utrzymywać stabilny kwantowy spinowy efekt Halla. Do niedawna synteza autonomicznego silicenu była trudna. Naukowcom z projektu SILINANO (Silicene, a new material for nanoelectronics) udało się przeprowadzić doświadczenia polegające na wyhodowaniu silicenu na podłożach ze srebra. Jednakże, silne oddziaływanie między silicenem a metalami, w tym przypadku srebrem, może osłabiać jego właściwości elektroniczne. W tym kontekście wysiłki uczonych skierowane były na pochłanianie cząsteczek organicznych (metalo-porfiryn) na jego powierzchni. Przy pomocy eksperymentalnej techniki kątowej spektroskopii fotoemisyjnej (ARPES) naukowcy dokładnie zbadali, w jaki sposób właściwości cząsteczek organicznych mogą wpływać na strukturę elektronową powierzchni srebrno-silicenowej. Co ważne, uczeni zmodernizowali aparaturę doświadczalną i opracowali standardowy protokół do przeprowadzania eksperymentów dotyczących fotoemisji zależnej od temperatury. Pozwoliło to na określenie najbardziej odpowiednich warunków wzrostu silicenu i poszerzenie wiedzy na temat chemii jego powierzchni. Zespół eksperymentował także z funkcjonalizacją grafenu na podłożu irydowym poprzez interkalację kobaltu i tworzenie innych kowalencyjnych sieci arkuszy 2D przy użyciu programowanej temperaturowo rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej. Dokładniejsza wiedza na temat powstawania warstwy dwuwymiarowej jako funkcji pokrycia cząsteczkowym oraz jednocześnie osadzanym katalizatorem powinna umożliwić tworzenie takich warstw na skalę przemysłową. Łączący właściwości krzemu i grafenu silicen może przybliżyć nas do realizacji celu polegającego na dalszej miniaturyzacji nanoelektroniki. W przeciwieństwie do grafenu silicen ma małe pasmo wzbronione, dzięki czemu nadaje się do użycia w układach nanoelektronicznych, w tym w szczególności w tranzystorach.
Słowa kluczowe
Grafen, silicen, nanoelektronika, srebro, porfiryna, spektroskopia
