Un silicio bidimensionale analogo al grafene

Il silicio può essere depositato su un supporto isolante di zaffiro assumendo una struttura atomica bidimensionale, analoga a quella del grafene, che potrà rivoluzionare il futuro della fotonica attivandosi anche in zone dello spettro ottico considerate off limits.

Un team di ricerca coordinato da Alessandro Molle dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Imm) di Agrate Brianza e da Stefano Lupi della Sapienza Università di Roma, insieme a gruppi delle Università di Roma Tor Vergata e Università di Roma Tre e in collaborazione con la STMircoelectronics, ha ottenuto per la prima volta una configurazione bidimensionale del silicio, che presenta una risposta ottica mai osservata prima.

La nuova struttura consente, infatti, l’assorbimento della luce in una zona dello spettro ottico che per il silicio era ritenuta proibita fino a questo momento e promette grandi innovazioni in ambito tecnologico. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nano Letters.

“Il silicio è il materiale di base per l’elettronica e il fotovoltaico. Questa nuova configurazione è simile a quella del grafene (da cui il nome silicene), materiale particolarmente versatile in molti settori, come l’energia, l’informatica o la biomedicina”, spiega Molle. “La grande innovazione dello studio è rappresentata dal supporto di zaffiro, un ossido di alluminio cristallizzato, che ha un comportamento isolante. Su questo supporto abbiamo depositato, tramite evaporazione in vuoto ultra spinto, atomi di silicio che, abbiamo constatato, si organizzano in uno o più strati bidimensionali, con una struttura simile al grafene, dove i portatori di carica si comportano come se fossero fotoni”.

Questo comportamento del silicio è stata una sorpresa per il gruppo di ricerca. “Si tratta di una risposta inaspettata nel senso che l’assorbimento ottico del silicio che abbiamo avuto modo di riscontrare nel nostro studio non corrisponde a quello convenzionalmente noto nella forma tridimensionale”, precisa Molle. “Avere un silicio bidimensionale, che devia quindi dal silicio convenzionale, ha un potenziale totalmente inesplorato e il suo impiego non avrà più i limiti energetici legati alla configurazione tridimensionale”, aggiunge Lupi.

Il neonato silicio bidimensionale sembra avere secondo i ricercatori tutte le carte in regola per rivoluzionare diversi ambiti tecnologici. “Stiamo pensando anche all’uso della metodologia in progetti legati alla creazione di dispositivi plasmonici e fotonici grazie al successo dell’integrazione con altri materiali bidimensionali come il grafene, che abbiamo sperimentato nel laboratorio Teralab del Dipartimento di fisica della Sapienza”, conclude Lupi.

Scheda

Che cosa: C. Grazianetti, S. De Rosa, C. Martella, P. Targa, D. Codegoni, P. Gori, O. Pulci, A. Molle*, and S. Lupi*, “Optical Conductivity of Two-Dimensional Silicon: Evidence of Dirac Electrodynamics”, Nano Letters 2018 18, 7124 (1)

Chi: Istituto per la microelettronica e microsistemi del Cnr Unità di Agrate Brianza, Sapienza Università di Roma

Per informazioni:

Diascalia immagine: interazione radiazione-materia in silicio bidimensionale su substrato di zaffiro (immagine riprodotta da Olivia Pulci, Paola Gori e Christian Martella)

Ufficio Stampa Cnr

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Riferimenti:

(1) Optical Conductivity of Two-Dimensional Silicon: Evidence of Dirac Electrodynamics