Silicene, alternativa al grafene

Il silicene è composto da fogli monoatomici di atomi di silicio con proprietà molto simili a quelle del grafene ma con il vantaggio di una produzione meno costosa e di una facile integrazione negli attuali circuiti elettronici basati sul silicio. Claudio Quaresima, ricercatore del Cnr illustra le caratteristiche

D: Che cos’è il silicene?

R: Il silicene è l’analogo silicico del grafene, ovvero un grafene con il silicio al posto del carbonio. Nel 2010 e’ stato assegnato il premio Nobel per la fisica a Geim e Novoselov per la scoperta del grafene. Questo materiale è sostanzialmente un foglio isolato e monoatomico di grafite in cui gli atomi di carbonio formano un reticolo esagonale a “nido d’ape”.

 D: Quali sono le peculiarità?

R: Ha delle proprietà eccezionali come l‘altissima resistenza meccanica alla trazione, migliaia di volte superiore a quella dell’acciaio più resistente, e un’elevatissima velocità degli elettroni di conduzione che ne fa un naturale candidato per probabili futuri impieghi in calcolatori superveloci e nelle telecomunicazioni. Tali caratteristiche risultano determinate unicamente dalla disposizione geometrica degli atomi. A differenza del carbonio che in natura si presenta prevalentemente in forma di diamante (struttura tetraedrica tridimensionale) o di grafite (struttura esagonale bidimensionale), il silicio forma esclusivamente strutture tetraedriche simili al diamante.
Anche se, apparentemente non c’è nulla che vieti al silicio di formare un reticolo bidimensionale a nido d’ape, la silicite, analogo silicico della grafite, non è mai stata osservata in natura pur essendo il silicio chimicamente simile al carbonio. Questo ha prodotto tra gli specialisti la convinzione una forma di tipo “grafene” per il silicio fosse vietata.

D: Da quando si sta lavorando al silicene?

R: Dalla seconda metà del decennio trascorso, alcuni (pochi) fisici della materia hanno cominciato ad esplorare la possibilità di ottenere artificialmente il silicene. I teorici hanno dimostrato, mediante l’applicazione di sofisticate tecniche di calcolo, che per il silicio non è impossibile formare legami quasi-planari molto simili a quelli che caratterizzano il grafene. Noi sperimentali, invece, abbiamo scoperto che il silicio, depositato su alcune facce di un cristallo di argento, in precise condizioni di pressione e di temperatura, dà luogo alla formazione di strutture assimilabili a silicene. Le immagini Stm (Scanning Tunneling Microscopy) associate a tali strutture mostrano, sulla scala atomica, un netto reticolo a nido d’ape le cui proprietà elettroniche, studiate con tecniche di luce di sincrotrone, risultano praticamente identiche a quelle del grafene.

D: Al momento c’è stato l’annuncio della scoperta e la pubblicazione della ricerca sulla rivista scientifica Physical Review Letters, quando potrà essere impiegato?

R: Una volta dimostrata la possibilità, sia teorica che pratica, di realizzare il silicene, l’obiettivo nostro e degli altri gruppi internazionali che nel corso degli ultimi anni si sono impegnati in questa ricerca è di isolare un “foglio” di silicene dal substrato di argento. È possibile che tale obiettivo venga realizzato nel giro di pochissimo tempo e in questo caso ci troveremmo a disporre di un materiale che, per quanto riguarda l’industria elettronica, potrebbe rivelarsi di molto superiore al grafene in quanto direttamente, e in via del tutto naturale, integrabile nella consolidata tecnologia del silicio. Fino a quel momento il silicene resterà un oggetto di studio riservato al mondo della ricerca.

D: Si conosce già l’impatto ambientale relativo alla produzione e al riciclo?

R: la quantità prodotta finora ammonta a pochi femtogrammi, bisognerà attendere qualche anno per gli aspetti relativi a sostenibilità e impatto ambientale.