Peu après la découverte des propriétés remarquables du graphène, des chercheurs de laboratoires français, suisse, américain, et marocain ont entrepris des études pour voir si le silicium, atome « voisin » du carbone, pouvait adopter une structure similaire au graphène. Leurs derniers résultats, récemment publiés dans APL [1], montrent pour la première fois qu’il est possible de faire croître le silicène sur un substrat d’or. La caractérisation des nanorubans de silicène obtenus a été réalisée par spectroscopie de photoémission à haute résolution, sur la ligne TEMPO.
Le silicium, placé juste au-dessous du carbone dans le tableau périodique des éléments, possède une structure électronique externe analogue à celle du carbone et pourrait donc présenter la même variété de formes allotropiques.
Il y a quelques années, les auteurs de l’étude avaient montré que le silicium déposé sur des substrats métalliques d’argent pouvait adopter une structure atomique dite de silicène, analogue donc à celle du graphène, s’organisant soit en rubans de 1,6 nm de largeur, soit en feuillets bidimensionnels [2].
Un travail plus récent réalisé au laboratoire ISMO-Orsay et publié dans APL [1] montre pour la première fois qu’il est également possible de faire croître des nanorubans de silicium sur une surface d’or (110) et que ces derniers présentent une structure atomique analogue à celle du silicène formé sur l’argent.
La figure 1-a montre une image obtenue par microscopie à effet tunnel, présentant un fil de silicium de 1,6 nm de largeur, qui peut être interprétée par une structure interne en « nids d’abeilles » recouvrant 4 rangées d’atomes d’or de surface (figure 1-b). Les niveaux de cœurs de Si2P (figure-1c), mesurés sur la ligne de lumière TEMPO de SOLEIL, montrent que le silicium a alors uniquement deux environnements chimiques, comme précédemment observé sur les rubans de silicium sur Argent. Le premier correspond aux atomes de silicium localisés au bord du fil et le deuxième correspond aux atomes à l’intérieur du fil.
Cette étude montre donc que l’on peut faire croître le silicène sur d’autres substrats que l’argent. Un nouveau défi serait de faire croître le silicène sur des substrats isolants ce qui permettrait la fabrication des dispositifs électroniques à base de silicène.
Figure 1 : a) image STM présentant un fil de silicium de 1,6 nm de largeur, b) modèle montrant la structure interne du fil de silicium en « nids d’abeilles », c) niveaux de cœurs de Si2P montrant que le silicium a uniquement deux environnements chimiques.