Siliciul ajunge din urmă grafenul

Pentru prima dată cercetătorii au obţinut un strat monoatomic de siliciu, anunţă revista Physical Review Letters. Se presupune că noul material ar trebui să semene foarte mult cu grafenul după proprietăți: acelaşi strat monoatomic de carbon, prin urmare materialul a fost numit după analogie cu grafen – siliciu. Mai mult decît atît, siliciu ar trebui să se încorporeze mai ușor decît grafenul în dispozitivele electronice convenţionale bazate pe cipuri de siliciu. Și asta înseamnă noi oportunități pentru dezvoltarea sistemelor electronice miniaturizate.

Siliciu este un analog al grafen-ului.

În timp ce lumea științifică și pseudo-ştiinţifică, discută cu nesaţ proprietățile uimitoare ale grafenului - un strat de carbon de o grosime doar de un atom, pînă când toţi i-au aplaudat pe Andre Geim şi Constantin Novoselov, alți cercetători au încercat să construiască structuri similare monoatomice din alte materiale chimice. Și mai întîi de toate, privirea lor a fost îndreptată spre într-un alt element răspîndit în natură - siliciu. Acum, în jurul acestei probleme se desfăşoară o adevărată dramă și curse pentru primul loc între oamenii de știință din mai multe centre de cercetare.

Siliciul este materialul de bază pentru crearea dispozitivelor electronice. În tabelul periodic a lui Mendeleev acest element este adiacent cu carbonul şi are caracteristici aproape similare. Filmul silicic monoatomic ar fi făcut un progres mare în industria electronică. Cu toate acestea, crearea unui astfel de film de siliciu nu a fost posibilă, chiar și ipotetic, legăturile atomice ale elementului dat, nu admit acest lucru. Cu toate acestea, după cum s-a dovedit, straturile monoatomice de siliciu totuşi există. Deşi nu într-o formă complet plată, bidimensională, ci tridimensională.

Foi ondulate de siliciu

În anul 2000, în revista Physical Review a fost publicat un articol intitulat "Calculele preliminare ale proprietăților unui material ipotetic - nanotuburi de siliciu" Autorii acestui articol, fizicienii brazilieni au examinat proprietăţile fizice ale nanotuburilor de siliciu cu un singur perete și au constatat că în funcție de chiralitate ( direcția de răsucire a nanotuburilor) ele pot avea proprietăți metalice sau semiconductoare, deci ar trebui să se comporte ca și nanotuburile de carbon. Se poate spune că activitatea oamenilor de știință din Brazilia, a fost primul pas pe calea obţinerii siliciului.

Ce au comun nanotuburile şi siliciul plat? Teoria, care este folosită pentru a descrie proprietățile nanotuburilor, indiferent de carbon sau de siliciu , poate fi folosită cu ușurință pentru cazul în care tuburile sunt prezentate în formă plată, devenind respectiv, grafen sau siliciu. Apropo, nanotuburi de siliciu au fost deja, recent obţinute - în anul 2005.

În curînd au fost elaborate ipotezele teoretice privind existența unor frunze structurale specifice din siliciu, groase doar de un atom, dar nu plate, ci ondulate. Acest lucru l-au reușit să-l facă fizicienii de la Universitatea din Wright (SUA): în 2007 ei au justificat posibilitatea existenței unei panglici monoatomice de siliciu. Ei au inventat, de asemenea, numele acestui film - siliciu.

La reuniunea Societăţii Americane de Fizica din Dallas, pe 24 martie 2011, Flerens Antoine, fizicianul care lucrează la Institutul de Ştiinţă si Tehnologie din Ishikawa (Japonia), a prezentat un nou material și a descris detaliat tehnologia procesului de producere. Flerens Antoine și colegii lui japonezi, au crescut foi de siliciu pe suprafaţa substratului ceramic din zirconium diboride. Radiografia făcută ulterior a arătat că noul material are aceeași structură hexagonală de fagure ca şi grafenul. Dar, de dragul adevărului să spunem că primul film de siliciu a reuşit să obțină alt savant. În 2010, Guy Le Lă, fizician de la Universitatea din Provence, Marseille, Franța, a reușit să crească pe suprafața cristalului de argint benzi de siliciu de o lăţime de 1.6 nm. Aceste panglici pot avea în lungime sute de nanometri.

Datele publicate de grupul japonez și grupul Le Lă, indică faptul că, în afara structurii similare, grafenul și siliciul au un număr de alte proprietăți similare, inclusiv cele electrice. Cu toate acestea, studiile efectuate de oameni de ştiinţă francezi din grupul Le Lă, nu au determinat proprietățile electrice ale noului material, deoarece filmul a fost cultivat pe suprafața de argint care este un conductor electric. Iar, japonezii au crescut frunze de siliciu pe un substrat izolator, și acest lucru le-a dat o oportunitate de a studia proprietățile electrice ale materialului nou și a determina faptul că efectele cuantice, care oferă grafenului proprietăți remarcabile, lucrează precum și cu siliciu.

Cu toate acestea, între aceste două materiale au fost găsite diferențe importante. Una dintre ele este o stabilitate chimică mai mare a benzilor de siliciu comparativ cu grafenul. Este vorba de o activitate chimică puternica a atomilor de carbon, situate la marginile benzilor de grafen, în timp ce marginile de siliciu sunt mai puţin expuse fenomenul dat. Cu alte cuvinte, a păstra siliciu în mîini și a nu-l distruge este mult mai ușor decît a păstra grafenul.

Siliciu îşi apără drepturile

Totuși, în ciuda unor progrese realizate de diferite grupuri de cercetare, dovada de obţinere a siliciului a fost doar indirectă și se baza foarte mult pe presupuneri teoretice. În acest sens, studiul recent realizat de un german, Patrick Vogt, de la Universitatea Tehnică din Berlin și Paola De Padova, de la Institutul de Structură a Materialelor (Italia), a determinat proprietățile reale ale probelor concrete de siliciu.

Problema publicaţiilor anterioare privind siliciu, potrivit lui Vogt, constă în faptul că singura dovadă de obţinere a siliciului de către aceşti savanţi au fost doar rezultatele de scanare a probelor de microscopia tunelului. Acest lucru nu este suficient, a spus Vogt, pentru a face concluzii cu privire la stratul monoatomic de siliciu. Vogt și colega lui De Padova, au încercat să reproducă rezultatele descrise în articolul "pionierilor" de siliciu precedenţi, dar nu au reușit.

În lucrarea lor originală, cercetătorii au încercat să obțină siliciu printr-o depunere simplă din faza de vapori pe suprafața unui cristal de argint. Vogt, a remarcat că întreaga sumă de informații privind structura materialului, distanțele interatomice și proprietățile electronice ale modelului experimental, au concluzionat obţinerea siliciului. Distanţele interatomice și alte caracteristici definite experimental, se acordă perfect cu pronosticurile teoretice.

Următoarea sarcină este de a creşte siliciu pe materiale izolante, în scopul de a determina proprietățile electrice și a înțelege mai bine modul în care acest material poate fi folosit la fabricarea dispozitivelor electronice. Totodată ,Vogt a spus că cercetătorii s-au gîndit deja, la sinteza și studierea materialului similar, bazat pe germaniu - germanicene. Avînd în vedere faptul că de acum înainte în știința materialelor a fost descoperită o întreagă clasă de structuri similare stratificate, groase de un atom, lucrul cu ele va fi mult mai ușor și mai promițător.