Un peu comme un dîner trop cuit, le prochain matériau dit miracle pour l'électronique de nouvelle génération a été «collé à la casserole» jusqu'à ce que les chercheurs de l'Institut des matériaux supraconducteurs et électroniques (ISEM) de l'UOW proposent une solution révolutionnaire.

Le matériau est du silicène, la forme de silicium la plus fine possible, composé d'une couche bidimensionnelle de cristaux de silicium.

Les électrons se déplacent ultrarapidement dans le silicène, réduire l'énergie nécessaire pour piloter les appareils électroniques et ouvrir la voie à des appareils encore plus petits, souple, électronique transparente et à faible coût énergétique.

Jusqu'à maintenant, le silicène a été « cultivé » sur une surface métallique, mais les chercheurs n'avaient aucun moyen éprouvé de le libérer du substrat pour créer un matériau autonome qui pourrait ensuite être incorporé dans des appareils et composants électroniques.

Le chercheur de l'ISEM, le Dr Yi Du et son équipe ont utilisé de l'oxygène pour séparer une couche épaisse de silicium d'un seul atome de sa surface, surmonter l'obstacle clé empêchant la production d'un matériau susceptible de surcharger l'électronique.

"Nous savons que les cristaux de silice préfèrent se fixer fermement sur le substrat métallique et parce qu'ils sont trop fins pour être décollés par des outils mécaniques, il est impossible de les retirer du substrat, " a déclaré le Dr Du.

Les chercheurs ont expérimenté l'idée d'utiliser des «ciseaux chimiques» pour rompre le lien entre la silicène et le substrat et la percée du Dr Du et de son équipe a consisté à utiliser des molécules d'oxygène comme ciseaux chimiques pour couper la silicène de son substrat.

L'oeuvre, soutenu par l'Australian Research Council (ARC), implique plusieurs techniques spéciales qui ne peuvent être réalisées qu'à l'ISEM à l'aide de ses outils puissants, comprenant un microscope à effet tunnel, qui crée un environnement à ultra-vide environ cent fois supérieur au niveau de vide rencontré en orbite à la Station spatiale internationale.

« Parce que les niveaux de vide sont si élevés, nous pouvons injecter les molécules d'oxygène dans la chambre et elles deviennent un « flux moléculaire » qui suit un chemin rectiligne, " a déclaré le Dr Du. "Cela nous permet de diriger ces molécules avec précision dans les couches de silice, agissant comme des ciseaux pour séparer le silicène."

Le résultat est une couche de silicène autoportante - avec une apparence semblable à un réseau en nid d'abeille - qui pourrait être transférée sur un substrat isolant pour fabriquer des transistors avancés.

La théorie du silicène bidimensionnel a été introduite en 1994, mais ce n'est qu'en 2012 que les scientifiques, dont une équipe à l'UOW, fabriqué avec succès du silicène en laboratoire.

Silicene est un acteur émergent dans la catégorie des super-matériaux, aux côtés du graphène, qui est une couche épaisse de carbone à un seul atome. Il a été démontré que le graphène est le conducteur d'électricité le plus rapide jamais trouvé, plus rapide que le silicium couramment utilisé.

Le graphène ne peut pas être commuté entre les états de conductivité activés et désactivés. Cela le rend inadapté aux applications telles que les transistors.

Parce que le silicium et le carbone se trouvent côte à côte dans le tableau périodique, les scientifiques ont été inspirés pour déterminer si les propriétés atomiques du silicium pouvaient être tout aussi révolutionnaires mais plus facilement exploitées en raison de sa compatibilité avec l'électronique existante à base de silicium.

"Ce travail résout le problème durable de l'isolement de ce super matériau pour le développement ultérieur de l'appareil. Il remet en question l'ensemble de la littérature scientifique sur le silicène depuis sa découverte, " a déclaré le Dr Du.

"Ces résultats sont pertinents pour la conception et l'application futures de dispositifs nano-électroniques et spintroniques à base de silicène."

La recherche a été publiée récemment dans la revue Avancées scientifiques et ACS Science centrale et est le résultat d'une collaboration entre des chercheurs australiens et chinois dont le professeur Jijun Zhao, de l'Université de technologie de Dalian et le Dr Jiaou Wang de l'installation de rayonnement synchrotron de Pékin (Académie chinoise des sciences).