(PhysOrg.com) -- Dalla sua scoperta nel 2004, il grafene - fogli di carbonio spessi un atomo - ha scatenato una raffica di ricerche sulle potenziali applicazioni del nanomateriale per una velocità incredibile, elettronica minuscola. Ora, diversi gruppi di ricerca affermano di aver creato analoghi sottili fogli di silicio chiamati silicene, accendendo una polemica su chi ha vinto la gara per sintetizzare questo promettente nuovo materiale.

Più piccolo significa più veloce nell'elettronica. I dispositivi elettronici convenzionali basati sul silicio vengono miniaturizzati, ma iniziano a funzionare male quando si avvicinano ai limiti della scala del singolo atomo. Di conseguenza, i produttori devono trovare nuove soluzioni per un'elettronica più veloce nei prossimi anni. Poiché il silicene e il grafene sono essenzialmente bidimensionali, possono funzionare a livello di singolo atomo.

"Questo è il motivo per cui il silicene è così importante. Potrebbe portarti a quel limite massimo [di dimensioni], " ha detto Lok C. Lew Yan Voon, un esperto di nanomateriali della Wright State University in Ohio che ha coniato il termine "silicene" nel 2007.

Secondo Lew Yan Voon, i dispositivi elettronici basati sul silicene potrebbero esibire in modo affidabile la funzione on-off critica richiesta per i transistor, gli elementi costitutivi dei computer. Grafene, però, ha lottato per raggiungere questa funzione, ostacolando il suo uso pratico come transistor.

"L'industria elettronica sta combattendo contro il carbonio, " ha detto Guy Le Lay, un ricercatore di silicene dell'Università di Aix-Marseille in Francia. "Per passare al grafene, in linea di principio, sarebbe molto carino, ma è molto complicato".

Poiché i produttori di elettronica hanno costruito un'infrastruttura attorno al silicio, rimangono riluttanti ad abbracciare completamente il grafene come base per i futuri processori superveloci. silicio, però, presenta una prospettiva interessante, secondo i suoi proponenti.

In un prossimo documento di ricerca, Le Lay e i suoi colleghi affermano di essere il primo gruppo ad avere una chiara prova dei fogli di silicene sintetizzati. Il lavoro apparirà in Lettere di revisione fisica .

Le Lay spera che questa ricerca si svilupperà presto nei transistor.

"L'obiettivo è avere una dimostrazione di un dispositivo in due anni e mezzo, ", ha detto Le Lay.

Il vantaggio che i transistor al silicio avrebbero rispetto alle loro controparti al grafene deriva dalla struttura unica del silicio. Nel silicio, alcuni atomi di silicio esistono sopra e sotto la superficie principale bidimensionale e gli elettroni in queste due regioni hanno energie distinte. L'applicazione di tensioni elettriche consente agli elettroni di saltare attraverso questo gap energetico e consente al silicene di passare da uno stato "on" a uno "off".

Il team di Le Lay afferma di aver creato i primi fogli che aprono la strada a tali applicazioni. Ma Le Lay ei suoi colleghi hanno diversi concorrenti.

Gruppi di ricerca provenienti da Cina e Giappone hanno recentemente svelato risultati simili, e un altro team ha annunciato la sintesi del silicene in un articolo di Applied Physics Letters pubblicato alla fine del 2010. Quest'ultimo gruppo, però, non aveva prove sufficienti per fare tale affermazione, disse Le Lay. Le Lay ha aggiunto che il gruppo giapponese non ha tante prove quanto il suo gruppo.

"[Le Lay] vuole possedere la paternità del silicene come se fosse la sua cosa, ma in realtà non lo è, " ha detto Abdelkader Kara, un fisico teorico specializzato in silicene presso l'Università della Florida centrale a Orlando e coautore del documento di ricerca del 2010.

Anche se il gruppo di Kara ha affermato di aver sintetizzato il silicene nel 2010, hanno usato un solo metodo di rilevamento per dimostrare la loro affermazione:la scansione di immagini al microscopio a effetto tunnel. Il dispositivo si basa su effetti quantomeccanici per produrre immagini su scala atomica, con maggiori dettagli rispetto alle immagini dei microscopi tradizionali.

Tali immagini, però, può ingannare. Secondo il team francese dietro la nuova ricerca, i risultati del 2010 non hanno indicato in modo definitivo che si fosse formato il silicene. Anziché, qualcosa di sottile stava emergendo nelle immagini, Afferma il gruppo di Le Lay.

La maggior parte dei ricercatori sul silicio ha tentato di far crescere il silicene sopra l'argento perché gli atomi di argento e gli atomi di silicio non interagiscono fortemente. Mentre ciò consente al silicene di formarsi indipendentemente dal substrato d'argento, può essere difficile distinguere tra fogli di silicone autentici e strutture in argento, disse Le Lay.

"C'è qualcosa di complicato con la superficie d'argento. La superficie d'argento può imitare la superficie a nido d'ape che sembra silicene, " ha detto Patrick Vogt, un ricercatore di silicene presso l'Università tecnica di Berlino e autore principale della prossima ricerca condotta con Guy Le Lay. "La vera struttura del silicio sembra diversa."

Kara ribatte di avere prove sufficienti per la sintesi del silicene nel 2010 in base al modo in cui gli atomi di silicio si sono allineati ad angolo con il substrato d'argento. Le immagini al microscopio hanno rivelato una struttura a nido d'ape che la superficie d'argento non avrebbe potuto formare da sola, disse Kara.

"Le immagini [del microscopio a effetto tunnel] ovviamente possono essere ingannevoli, " ha detto Kara. "Abbiamo fatto un lavoro molto attento nell'osservare il silicio, ed è per questo che il documento è stato accettato [per la pubblicazione scientifica]."

Ciò nonostante, Le Lay e Vogt non erano soddisfatti. Per assicurarsi che avessero veramente creato il silicene, Il gruppo di ricerca di Vogt ha analizzato il loro campione in diversi modi. Hanno misurato le proprietà elettriche e chimiche oltre a confrontare immagini reali con previsioni teoriche simulate. Dimostrare la sintesi del silicene richiede prove convergenti da queste diverse fonti, disse Le Lay.

Anche, il team ha scoperto che la distanza osservata tra gli atomi di silicio corrispondeva alle previsioni teoriche meglio dei risultati del 2010.

Kara concorda sul fatto che il team di Le Lay abbia compiuto un importante passo avanti nella ricerca sul silicene, ma crede che non meritino troppo credito per la scoperta del silicene.

Kara ha aggiunto che il merito della ricerca pionieristica sperimentale sul silicio dovrebbe andare ai suoi colleghi, Bernard Aufray e Hamid Oughaddou, che ha lavorato alla pubblicazione del 2010.

Lew Yan Voon di Wright State, che non era affiliato né alla ricerca di Kara né a quella di Le Lay, riconosce che vi erano alcune discrepanze tra il documento del 2010 e le previsioni teoriche. Di conseguenza, non è chiaro chi abbia sintetizzato per primo il silicene, disse Lew Yan Voon.

"La nota positiva è che sempre più gruppi riportano [sintesi di silicene], " ha detto Lew Yan Voon. "C'è stato un tempo in cui la gente diceva che non potevi nemmeno crearlo."

Nonostante l'incertezza su chi abbia creato per primo il silicene, i ricercatori concordano su ciò che deve essere fatto dopo. Per sfruttare appieno le proprietà del silicene, i fisici devono coltivarlo su un materiale isolante che non conduca elettricità come l'argento. Una volta che il silicene può essere coltivato su un isolante, sarà molto più facile sviluppare transistor al silicio e altri dispositivi.

Gli scienziati potrebbero sviluppare dispositivi al silicio che aumentano notevolmente la velocità di elaborazione in tempi relativamente brevi, ma restano grandi sfide, secondo Le Lay.

"Da questo alle applicazioni è un altro grande passo. Non è banale, ", ha detto Le Lay.