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Il silicene, parente del grafene, rivoluzionerà la nanoelettronica

Una forma esotica di silicio, chiamata silicene, potrebbe consentire la realizzazione di una nuova generazione di potenti dispositivi nanoelettronici.
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.

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Keywords

Grafene, silicene, nanoelettronica, argento, porfirina, spettroscopia