Proprio come una cena troppo cotta, il prossimo cosiddetto materiale miracoloso per l'elettronica di nuova generazione è stato "bloccato nella padella" fino a quando i ricercatori dell'Istituto per i materiali superconduttori e elettronici (ISEM) dell'UOW non hanno trovato una soluzione rivoluzionaria.

Il materiale è silicone, la forma più sottile possibile di silicio, costituito da uno strato bidimensionale di cristalli di silicio.

Gli elettroni si muovono ultraveloci nel silicio, riducendo l'energia necessaria per azionare i dispositivi elettronici e aprendo la strada a dispositivi ancora più piccoli, flessibile, elettronica trasparente e a basso costo energetico.

Fino ad ora, il silicene è stato 'coltivato' su una superficie metallica, ma i ricercatori non avevano un modo comprovato di liberarlo dal substrato per creare un materiale indipendente che potesse quindi essere incorporato in dispositivi e componenti elettronici.

Il dottor Yi Du, ricercatore ISEM, e il suo team hanno usato l'ossigeno per separare uno spesso strato di silicio dalla superficie di un singolo atomo, superare l'ostacolo chiave che impedisce la produzione di un materiale con il potenziale per sovraccaricare l'elettronica.

"Sappiamo che i cristalli di silicene preferiscono attaccarsi saldamente al substrato metallico e poiché sono troppo sottili per essere staccati da qualsiasi strumento meccanico, è impossibile rimuoverli dal supporto, " disse il dottor Du.

I ricercatori hanno sperimentato l'idea di utilizzare "forbici chimiche" per rompere il legame tra il silicene e il substrato e la svolta per il dottor Du e il suo team è avvenuta utilizzando molecole di ossigeno come forbici chimiche per tagliare il silicene dal suo substrato.

Il lavoro, sostenuto dall'Australian Research Council (ARC), coinvolge diverse tecniche speciali che possono essere eseguite solo presso ISEM con l'aiuto dei suoi potenti strumenti, compreso un microscopio a effetto tunnel, che crea un ambiente di vuoto ultraelevato circa cento volte superiore al livello di vuoto sperimentato in orbita presso la Stazione Spaziale Internazionale.

"Poiché i livelli di vuoto sono così alti, possiamo iniettare le molecole di ossigeno nella camera e diventano un "flusso molecolare" che segue un percorso rettilineo, " Ha detto il dottor Du. "Questo ci permette di dirigere queste molecole con precisione negli strati di silicene, agendo come forbici per separare il silicene."

Il risultato è uno strato di silicene autoportante, dall'aspetto molto simile a un reticolo a nido d'ape, che potrebbe essere trasferito su un substrato isolante per realizzare transistor avanzati.

La teoria per il silicene bidimensionale è stata introdotta nel 1994 ma è stato solo nel 2012 che gli scienziati, incluso un team all'UOW, silicene fabbricato con successo in laboratorio.

Il silicio è un player emergente nella categoria dei supermateriali, accanto al grafene, che è uno spesso strato di carbonio di un singolo atomo. È stato dimostrato che il grafene è il conduttore di elettricità più veloce mai trovato, più veloce del silicio comunemente usato.

Il grafene non può essere commutato tra gli stati di conduttività on e off. Questo lo rende inadatto per applicazioni come i transistor.

Poiché silicio e carbonio siedono fianco a fianco nella tavola periodica, gli scienziati sono stati ispirati a indagare se le proprietà atomiche del silicio potessero essere altrettanto rivoluzionarie ma più facilmente sfruttabili a causa della sua compatibilità con l'elettronica esistente a base di silicio.

"Questo lavoro risolve il problema di lunga durata di isolare questo super materiale per un ulteriore sviluppo del dispositivo. Sfida l'intera letteratura scientifica sul silicene dalla sua scoperta, " disse il dottor Du.

"Questi risultati sono rilevanti per la futura progettazione e applicazione di dispositivi nanoelettronici e spintronici a base di silicio".

La ricerca è stata pubblicata di recente sulla rivista Progressi scientifici e Scienze Centrali ACS ed è il risultato della collaborazione tra ricercatori australiani e cinesi tra cui il professor Jijun Zhao, from the Dalian University of Technology and Dr Jiaou Wang at the Beijing Synchrotron Radiation Facility (Chinese Academy of Sciences).