Parfois, les découvertes scientifiques peuvent ébranler les fondements de ce qui était autrefois considéré comme vrai, nous obligeant à prendre du recul et à réexaminer nos hypothèses de base.

Une étude récente du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie a remis en question l'existence du silicène, considéré comme l'un des nanomatériaux bidimensionnels les plus récents et les plus chauds au monde. L'étude peut avoir de grandes implications pour une industrie électronique de plusieurs milliards de dollars qui cherche à révolutionner la technologie à l'échelle 80, 000 fois plus petit que les cheveux humains.

Le silicium a été proposé sous la forme d'une feuille bidimensionnelle d'atomes de silicium pouvant être créée expérimentalement en surchauffant du silicium et en évaporant des atomes sur une plate-forme d'argent. L'argent est la plate-forme de choix car il n'affectera pas le silicium par liaison chimique et aucun alliage ne devrait se produire en raison de sa faible solubilité. Pendant le processus de chauffage, lorsque les atomes de silicium tombent sur la plate-forme, les chercheurs pensaient qu'ils s'arrangeaient d'une certaine manière pour créer une seule feuille d'atomes imbriqués.

Silicium, d'autre part, existe en trois dimensions et est l'un des éléments les plus communs sur Terre. Un métal, semi-conducteur et isolant, le silicium purifié est extrêmement stable et est devenu essentiel aux circuits intégrés et aux transistors qui font fonctionner la plupart de nos ordinateurs.

Le silicène et le silicium doivent réagir immédiatement avec l'oxygène, mais ils réagissent légèrement différemment. Dans le cas du silicium, l'oxygène rompt certaines des liaisons silicium de la ou des deux premières couches atomiques pour former une couche de silicium-oxygène. Cette, étonnamment, agit comme une barrière chimique pour empêcher la décomposition des couches inférieures.

Parce qu'il se compose d'une seule couche d'atomes de silicium, le silicène doit être manipulé sous vide. L'exposition à n'importe quelle quantité d'oxygène détruirait complètement l'échantillon.

Cette différence est l'une des clés de la découverte des chercheurs. Après avoir déposé les atomes sur la plate-forme d'argent, les tests initiaux ont identifié que des phases de surface de type alliage se formeraient jusqu'à ce que des couches de silicium en vrac, ou des "plaquettes" précipiteraient, qui a été confondu avec du silicène bidimensionnel.

"Certaines des plaquettes de silicium en vrac avaient plus d'une couche d'épaisseur, " a déclaré le scientifique d'Argonne Nathan Guisinger du Centre d'Argonne pour les matériaux à l'échelle nanométrique. "Nous avons déterminé que si nous avions affaire à plusieurs couches d'atomes de silicium, nous pourrions le sortir de notre chambre à ultra-vide et l'amener dans l'air et faire d'autres tests."

"Tout le monde a supposé que l'échantillon se désintégrerait immédiatement dès qu'ils l'auraient retiré de la chambre, " a ajouté Brian Kiraly, étudiant diplômé de la Northwestern University, l'un des principaux auteurs de l'étude. "Nous avons été les premiers à le sortir et à réaliser des expériences majeures en dehors du vide."

Chaque nouvelle série d'expériences a présenté un nouvel ensemble d'indices que c'était, En réalité, pas de silicène.

En examinant et en catégorisant les couches supérieures du matériau, les chercheurs ont découvert de l'oxyde de silicium, un signe d'oxydation dans les couches supérieures. Ils ont également été surpris de découvrir que les particules de la plate-forme d'argent se sont alliées au silicium à des profondeurs importantes.

"Nous avons découvert que ce que les chercheurs précédents ont identifié comme du silicène n'est en réalité qu'une combinaison de silicium et d'argent, ", a déclaré Andrew Mannix, étudiant diplômé de Northwestern.

Pour leur dernier test, les chercheurs ont décidé de sonder la signature atomique du matériau.

Les matériaux sont constitués de systèmes d'atomes qui se lient et vibrent de manière unique. La spectroscopie Raman permet aux chercheurs de mesurer ces liaisons et vibrations. Installé au sein du Centre des matériaux à l'échelle nanométrique, une installation utilisateur du DOE Office of Science, le spectroscope permet aux chercheurs d'utiliser la lumière pour "déplacer" la position d'un atome dans un réseau cristallin, ce qui à son tour provoque un changement de position de ses voisins. Les scientifiques définissent un matériau en mesurant la force ou la faiblesse de ces liaisons par rapport à la fréquence à laquelle les atomes vibrent.

Les chercheurs ont remarqué quelque chose d'étrangement familier en regardant les signatures vibratoires et les fréquences de leur échantillon. Leur échantillon ne présentait pas de vibrations caractéristiques du silicène, mais il correspondait à ceux du silicium.

"Avoir autant de groupes de recherche et d'articles potentiellement faux n'arrive pas souvent, " dit Guisinger. " J'espère que nos recherches aideront à orienter les études futures et démontreront de manière convaincante que l'argent n'est pas une bonne plate-forme si vous essayez de cultiver du silicène. "