Silicene: dal silicio un'alternativa al grafene?

Sulle pagine di Hardware Upgrade e di Business Magazine abbiamo spesso avuto modo di parlare del grafene, un materiali attorno al quale vi è una fervida attività di ricerca grazie alle sue particolari proprietà fisiche ed elettriche che lo rendono, almeno sulla carta, un interessante candidato per la realizzazione dei chip del futuro. Il grafene non è altro che un sottilissimo foglio dello spessore di un atomo, costituito da atomi di carbonio disposti in un reticolo con struttura esagonale a nido d'ape.

Da qualche anno, tuttavia, alcuni scienziati stanno cercando di capire se sia possibile ottenere una struttura simile anche dal silicio, il principale elemento utilizzato attualmente per la produzione di semiconduttori, sebbene esso non tenda a formare naturalmente il tipo di legami molecolari necessari per poter raggiungere l'obiettivo. E' a partire dal 2007 che i fisici Lok Yan Voon e Gian Guzmán-Verr della Wright State University di Dayton, Ohio, hanno teorizzato la possibilità di ridurre il silicio in fogli simili al grafene, in una struttura che prenderebbe così il nome di silicene.

Un tentativo sperimentale di realizzare fogli di silicene è stato condotto da Antoine Fleurence, fisico del Japan Advancd Institute of Science and Technology di Ishikawa. Fleurence ha fatto crescere un sottile strato di silicio utilizzando come substrato il diboruro di zirconio, un materiale ceramico. L'indagine a raggi-X dello strato di silicio ha dimostrato l'esistenza di una struttura esagonale a nido d'ape, confrontabile al reticolo caratteristico del grafene. "Il silicio ha il vantaggio di essere integrabile più facilmente nell'elettronica odierna" ha commentato Fleurence.

L'esperimento di Fleurence è stato illustrato in occasione di un convegno della American Physical Society presso Dallas, al quale ha preso parte anche Guy Le Lay, fisico dell'Università di Provenza, Marsiglia. Lo scorso anno Le Lay era stato in grado di realizzare, impiegando questa volta un substrato di argento, una striscia di silicene della larghezza di 1,6 nanometri, nella quale è stata osservata la medesima struttura incontrata anche da Fleurence. Le Lay ha avuto modo inoltre di presentare alcuni dati aggiornati, i quali lasciano supporre che silicene e grafene possano avere proprietà fisiche simili, oltre alla medesima struttura del reticolo. L'analisi spettroscopica del silicene ha infatti dimostrato un particolare caratteristica delle bande elettroniche nel reticolo esagonale, descritto dai cosiddetti "coni di Dirac", e che stanno alla base dell'elevata mobilità elettronica riscontrata nel grafene.

I prossimi passi della ricerca si spingeranno su strade per realizzare il silicene su substrati non conduttori, in maniera tale da poterne valutare in maniera attendibile le caratteristiche elettroniche e capire se con esso sia possibile disporre dei medesimi effetti quantistici riscontrati nel grafene. Resterà poi un ulteriore scoglio da superare, nel caso la ricerca dovesse dimostrare una sostanziale identità di caratteristiche fisiche tra silicene e grafene: quest'ultimo infatti può essere prodotto in maniera abbastanza semplice. Nel caso in cui anche il silicene possa essere prodotto con tecniche confrontabili, la storia del grafene nell'elettronica potrebbe terminare ancor prima di cominciare.