Qualche volta, scoperte scientifiche possono scuotere le fondamenta di ciò che una volta era ritenuto vero, facendoci fare un passo indietro e riesaminare i nostri presupposti di base.

Un recente studio presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha messo in discussione l'esistenza del silicene, pensato per essere uno dei nanomateriali bidimensionali più nuovi e più caldi del mondo. Lo studio potrebbe avere grandi implicazioni per un'industria elettronica multimiliardaria che cerca di rivoluzionare la tecnologia su scala 80, 000 volte più piccolo dei capelli umani.

Il silicio è stato proposto come un foglio bidimensionale di atomi di silicio che può essere creato sperimentalmente surriscaldando il silicio ed evaporando gli atomi su una piattaforma d'argento. L'argento è la piattaforma di scelta perché non influenzerà il silicio tramite il legame chimico né dovrebbe verificarsi la lega a causa della sua bassa solubilità. Durante il processo di riscaldamento, mentre gli atomi di silicio cadono sulla piattaforma, i ricercatori credevano che si stessero organizzando in determinati modi per creare un singolo foglio di atomi interconnessi.

Silicio, d'altra parte, esiste in tre dimensioni ed è uno degli elementi più comuni sulla Terra. un metallo, semiconduttore e isolante, il silicio purificato è estremamente stabile ed è diventato essenziale per i circuiti integrati e i transistor che gestiscono la maggior parte dei nostri computer.

Sia il silicio che il silicio dovrebbero reagire immediatamente con l'ossigeno, ma reagiscono in modo leggermente diverso. Nel caso del silicio, l'ossigeno rompe alcuni dei legami di silicio dei primi uno o due strati atomici per formare uno strato di silicio-ossigeno. Questo, sorprendentemente, agisce come barriera chimica per prevenire il decadimento degli strati inferiori.

Poiché è costituito da un solo strato di atomi di silicio, il silicene deve essere maneggiato sotto vuoto. L'esposizione a qualsiasi quantità di ossigeno distruggerebbe completamente il campione.

Questa differenza è una delle chiavi della scoperta dei ricercatori. Dopo aver depositato gli atomi sulla piattaforma d'argento, i test iniziali hanno identificato che le fasi superficiali simili alla lega si sarebbero formate fino a strati di silicio sfusi, o "piastrine" precipiterebbero fuori, che è stato scambiato per silicene bidimensionale.

"Alcune delle piastrine di silicio sfuse erano spesse più di uno strato, " ha detto lo scienziato di Argonne Nathan Guisinger del Centro Argonne per i materiali su nanoscala. "Abbiamo determinato che se avessimo a che fare con più strati di atomi di silicio, potremmo portarlo fuori dalla nostra camera ad altissimo vuoto e portarlo in aria e fare altri test".

"Tutti pensavano che il campione sarebbe immediatamente decaduto non appena l'avessero tirato fuori dalla camera, " ha aggiunto lo studente laureato della Northwestern University Brian Kiraly, uno dei principali autori dello studio. "Siamo stati i primi a tirarlo fuori e ad eseguire importanti esperimenti al di fuori del vuoto".

Ogni nuova serie di esperimenti ha presentato una nuova serie di indizi che questo era, infatti, non siliceo.

Esaminando e classificando gli strati superiori del materiale, i ricercatori hanno scoperto l'ossido di silicio, un segno di ossidazione negli strati superiori. Sono stati anche sorpresi di scoprire che le particelle della piattaforma d'argento si legavano al silicio a profondità significative.

"Abbiamo scoperto che ciò che i ricercatori precedenti hanno identificato come silicene è in realtà solo una combinazione di silicio e argento, ", ha detto lo studente laureato della Northwestern Andrew Mannix.

Per la loro prova finale, i ricercatori hanno deciso di sondare la firma atomica del materiale.

I materiali sono costituiti da sistemi di atomi che si legano e vibrano in modi unici. La spettroscopia Raman consente ai ricercatori di misurare questi legami e vibrazioni. Ospitato all'interno del Centro per i materiali su scala nanometrica, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE, lo spettroscopio consente ai ricercatori di utilizzare la luce per "spostare" la posizione di un atomo in un reticolo cristallino, che a sua volta provoca uno spostamento nella posizione dei suoi vicini. Gli scienziati definiscono un materiale misurando quanto siano forti o deboli questi legami in relazione alla frequenza con cui vibrano gli atomi.

I ricercatori hanno notato qualcosa di stranamente familiare osservando le firme vibrazionali e le frequenze del loro campione. Il loro campione non ha mostrato vibrazioni caratteristiche del silicene, ma corrispondeva a quelli del silicio.

"Avere così tanti gruppi di ricerca e articoli potenzialmente sbagliati non accade spesso, " dice Guisinger. "Spero che la nostra ricerca aiuti a guidare gli studi futuri e dimostri in modo convincente che l'argento non è una buona piattaforma se stai cercando di coltivare il silicene".