(PhysOrg.com) -- Depuis sa découverte en 2004, le graphène - des feuilles de carbone d'une épaisseur d'un atome - a déclenché une vague de recherches sur les applications potentielles du nanomatériau pour une vitesse fulgurante, petite électronique. Maintenant, plusieurs groupes de recherche prétendent avoir créé des feuilles minces analogues de silicium appelées silicène, déclenchant une controverse sur qui a remporté la course pour synthétiser ce nouveau matériau prometteur.

Plus petit signifie plus rapide en électronique. Les appareils électroniques conventionnels à base de silicium se miniaturisent, mais ils commencent à mal fonctionner à mesure qu'ils approchent des limites de l'échelle de l'atome unique. Par conséquent, les fabricants doivent trouver de nouvelles solutions pour une électronique plus rapide dans les années à venir. Parce que le silicène et le graphène sont essentiellement bidimensionnels, ils peuvent fonctionner au niveau d'un seul atome.

"C'est pourquoi le silicène est si important. Cela pourrait vous amener à cette limite [taille] ultime, " a déclaré Lok C. Lew Yan Voon, un expert en nanomatériaux de la Wright State University dans l'Ohio qui a inventé le terme "silicene" en 2007.

Selon Lew Yan Voon, les dispositifs électroniques à base de silicène pourraient présenter de manière fiable la fonction marche-arrêt critique requise pour les transistors, les blocs de construction des ordinateurs. Graphène, cependant, a lutté pour atteindre cette fonction, contrecarrer son utilisation pratique comme transistor.

"L'industrie électronique lutte contre le carbone, " dit Guy Le Lay, un chercheur en silice de l'Université d'Aix-Marseille en France. "Pour passer au graphène, en principe, serait très bien, mais c'est très compliqué."

Parce que les fabricants d'électronique ont construit une infrastructure autour du silicium, ils restent hésitants à adopter pleinement le graphène comme base des futurs processeurs ultra-rapides. Silicène, cependant, présente une perspective attrayante, selon ses partisans.

Dans un article de recherche à paraître, Le Lay et ses collègues prétendent être le premier groupe à avoir une preuve claire de feuilles de silice synthétisées. L'œuvre apparaîtra dans Lettres d'examen physique .

Le Lay espère que cette recherche aboutira bientôt aux transistors.

"L'objectif est d'avoir une démonstration d'un appareil en deux ans et demi, " dit Le Lay.

L'avantage que les transistors au silicène auraient par rapport à leurs homologues au graphène provient de la structure unique du silicène. En silicène, quelques atomes de silicium existent au-dessus et au-dessous de la surface bidimensionnelle principale et les électrons dans ces deux régions ont des énergies distinctes. L'application de tensions électriques permet aux électrons de sauter à travers cet intervalle d'énergie et permet au silicène de passer d'un état « on » à un « arrêt ».

L'équipe de Le Lay affirme avoir créé les premières feuilles qui ouvrent la voie à de telles applications. Mais Le Lay et ses confrères ont plusieurs concurrents.

Des groupes de recherche de Chine et du Japon ont récemment dévoilé des résultats similaires, et une autre équipe a annoncé la synthèse du silicène dans un article d'Applied Physics Letters publié fin 2010. Ce dernier groupe, cependant, n'avait pas assez de preuves pour faire cette affirmation, dit Le Lay. Le Lay a ajouté que le groupe japonais n'a pas autant de preuves que son groupe.

"[Le Lay] veut s'approprier la paternité de la silicène comme si c'était son truc, mais en fait ce n'est pas le cas, " a déclaré Abdelkader Kara, un physicien théoricien spécialisé dans le silicène à l'Université de Floride centrale à Orlando et co-auteur du document de recherche 2010.

Bien que le groupe de Kara ait prétendu avoir synthétisé du silicène en 2010, ils n'ont utilisé qu'une seule méthode de détection pour prouver leur affirmation :les images du microscope à effet tunnel. L'appareil s'appuie sur des effets de mécanique quantique pour produire des images à l'échelle atomique, avec plus de détails que les images des microscopes traditionnels.

De telles images, cependant, peut être trompeur. Selon l'équipe française à l'origine de la nouvelle recherche, les résultats de 2010 n'ont pas indiqué de manière concluante la formation de silicène. Au lieu, quelque chose de subtil surgissait dans les images, Le groupe Le Lay revendique.

La plupart des chercheurs sur la silice ont tenté de faire pousser de la silice sur de l'argent, car les atomes d'argent et les atomes de silicium n'interagissent pas fortement. Bien que cela permette au silicène de se former indépendamment du substrat d'argent, il peut être difficile de faire la différence entre les véritables feuilles de silice et les structures en argent, dit Le Lay.

"Il y a quelque chose de délicat avec la surface argentée. La surface argentée peut imiter la surface en nid d'abeille qui ressemble à de la silice, " a déclaré Patrick Vogt, chercheur en silice à l'Université technique de Berlin et auteur principal des prochaines recherches menées avec Guy Le Lay. "La vraie structure de la silice est différente."

Kara rétorque qu'ils avaient suffisamment de preuves pour la synthèse de silicène en 2010 sur la base de la façon dont les atomes de silicium se sont alignés selon un angle avec le substrat d'argent. Les images au microscope ont révélé une structure en nid d'abeille que la surface argentée n'aurait pas pu former seule, dit Kara.

« Les images [au microscope à effet tunnel] peuvent bien sûr être trompeuses, " a déclaré Kara. "Nous avons fait un travail très prudent en regardant le silicium, et c'est pourquoi l'article a été accepté [pour publication scientifique]. »

Néanmoins, Le Lay et Vogt n'étaient pas satisfaits. Pour s'assurer qu'ils avaient vraiment créé de la silicène, Le groupe de recherche de Vogt a analysé leur échantillon de plusieurs manières. Ils ont mesuré les propriétés électriques et chimiques en plus de comparer des images réelles avec des prédictions théoriques simulées. Prouver la synthèse du silicène nécessite des preuves convergentes de ces différentes sources, dit Le Lay.

Aussi, l'équipe a découvert que la distance observée entre les atomes de silicium correspondait mieux aux prédictions théoriques que les résultats de 2010.

Kara convient que l'équipe de Le Lay a fait un pas en avant important dans la recherche sur la silice, mais il croit qu'ils ne méritent pas trop de crédit pour la découverte de la silicène.

Kara a ajouté que le mérite de la recherche expérimentale sur la silice devrait revenir à ses collègues, Bernard Aufray et Hamid Oughaddou, qui a travaillé sur le papier de 2010.

Lew Yan Voon de Wright State, qui n'était affilié ni aux recherches de Kara ni de Le Lay, reconnaît qu'il y avait des divergences entre l'article de 2010 et les prévisions théoriques. Par conséquent, on ne sait toujours pas qui a synthétisé le silicène en premier, dit Lew Yan Voon.

"La note positive est que de plus en plus de groupes rapportent [synthèse de silicène], " a déclaré Lew Yan Voon. " Il fut un temps où les gens disaient que vous ne pouviez même pas le créer. "

Malgré l'incertitude sur qui a créé la silice en premier, les chercheurs s'entendent sur ce qui doit être fait ensuite. Pour profiter pleinement des propriétés du silicène, les physiciens doivent le cultiver sur un matériau isolant qui ne conduit pas l'électricité comme l'argent. Une fois que le silicène peut être cultivé sur un isolant, il sera beaucoup plus facile de développer des transistors en silice et d'autres dispositifs.

Les scientifiques pourraient développer des dispositifs en silice qui augmenteront considérablement la vitesse de traitement assez rapidement, mais de grands défis demeurent, selon Le Lay.

"De cela aux applications, il y a un autre grand pas. Ce n'est pas anodin, " dit Le Lay.