(PhysOrg.com) -- Sinds de ontdekking in 2004, grafeen - koolstofplaten met een dikte van een atoom - heeft geleid tot een golf van onderzoek naar de mogelijke toepassingen van het nanomateriaal voor razendsnelle, kleine elektronica. Nutsvoorzieningen, verschillende onderzoeksgroepen beweren dat ze analoge dunne lagen silicium hebben gemaakt, siliceen genaamd, waardoor een controverse ontstond over wie de race won om dit veelbelovende nieuwe materiaal te synthetiseren.

Kleiner betekent sneller in de elektronica. Conventionele elektronische apparaten op basis van silicium worden geminiaturiseerd, maar ze beginnen defect te raken als ze de grenzen van de schaal van één atoom naderen. Bijgevolg, fabrikanten moeten de komende jaren nieuwe oplossingen vinden voor snellere elektronica. Omdat siliceen en grafeen in wezen tweedimensionaal zijn, kunnen ze werken op het niveau van één atoom.

"Dit is de reden waarom siliceen zo belangrijk is. Het kan je naar die ultieme [grootte] limiet brengen, " zei Lok C. Lew Yan Voon, een nanomateriaalexpert van de Wright State University in Ohio die in 2007 de term "siliceen" bedacht.

Volgens Lew Yan Voon, elektronische apparaten op basis van siliceen kunnen op betrouwbare wijze de kritische aan-uit-functie vertonen die vereist is voor transistors, de bouwstenen van computers. grafeen, echter, moeite heeft gehad om deze functie te vervullen, het praktische gebruik ervan als transistor in de weg staan.

"De elektronica-industrie vecht tegen koolstof, " zei Guy Le Lay, een siliceenonderzoeker van de universiteit van Aix-Marseille in Frankrijk. "Om over te stappen op grafeen, in principe, zou erg fijn zijn, maar het is erg ingewikkeld."

Omdat elektronicafabrikanten een infrastructuur rond silicium hebben gebouwd, ze blijven aarzelen om grafeen volledig te omarmen als basis voor toekomstige supersnelle processors. Siliceen, echter, een aantrekkelijk vooruitzicht biedt, volgens zijn voorstanders.

In een aanstaande onderzoekspaper, Le Lay en zijn collega's beweren de eerste groep te zijn die duidelijk bewijs heeft van gesynthetiseerde siliceenvellen. Het werk verschijnt in Fysieke beoordelingsbrieven .

Le Lay hoopt dat dit onderzoek binnenkort overgaat in transistoren.

"Het doel is om over tweeënhalf jaar een demonstratie van een apparaat te hebben, ' zei Le Lay.

Het voordeel dat siliceentransistors zouden hebben ten opzichte van hun grafeen-tegenhangers komt voort uit de unieke structuur van siliceen. In siliceen, een paar siliciumatomen bevinden zich boven en onder het tweedimensionale hoofdoppervlak en elektronen in deze twee gebieden hebben verschillende energieën. Door elektrische spanningen toe te passen, kunnen elektronen over deze energiekloof springen en kan siliceen overgaan tussen een "aan" en "uit" toestand.

Het team van Le Lay beweert de eerste platen te hebben gemaakt die de weg vrijmaken voor dergelijke toepassingen. Maar Le Lay en zijn collega's hebben meerdere concurrenten.

Onderzoeksgroepen uit China en Japan hebben onlangs vergelijkbare resultaten onthuld, en een ander team kondigde de synthese van siliceen aan in een paper van Applied Physics Letters dat eind 2010 werd gepubliceerd. De laatste groep, echter, niet genoeg bewijs had om die bewering te doen, zei Le Lay. Le Lay voegde eraan toe dat de Japanse groep niet zoveel bewijs heeft als zijn groep.

"[Le Lay] wil het vaderschap van siliceen bezitten alsof het zijn ding is, maar eigenlijk is het niet " zei Abdelkader Kara, een theoretisch fysicus gespecialiseerd in siliceen aan de University of Central Florida in Orlando en co-auteur van de onderzoekspaper uit 2010.

Hoewel Kara's groep beweerde in 2010 siliceen te hebben gesynthetiseerd, ze gebruikten slechts één detectiemethode om hun claim te bewijzen:scanning tunneling microscoopbeelden. Het apparaat vertrouwt op kwantummechanische effecten om afbeeldingen op atomaire schaal te produceren, met meer detail dan afbeeldingen van traditionele microscopen.

zulke beelden, echter, kan bedriegen. Volgens het Franse team achter het nieuwere onderzoek, de resultaten van 2010 gaven niet overtuigend aan dat siliceen werd gevormd. In plaats daarvan, er dook iets subtiels op in de beelden, De groepsclaims van Le Lay.

De meeste siliceenonderzoekers hebben geprobeerd siliceen op zilver te laten groeien omdat zilveratomen en siliciumatomen niet sterk op elkaar inwerken. Hoewel hierdoor het siliceen zich onafhankelijk van het zilversubstraat kan vormen, het kan moeilijk zijn om onderscheid te maken tussen echte siliceenplaten en zilverstructuren, zei Le Lay.

"Er is iets lastigs met het zilveren oppervlak. Het zilveren oppervlak kan het honingraatoppervlak nabootsen dat op siliceen lijkt, " zei Patrick Vogt, een siliceenonderzoeker aan de Technische Universiteit van Berlijn en hoofdauteur van het aanstaande onderzoek gedaan met Guy Le Lay. "De echte siliceenstructuur ziet er anders uit."

Kara stelt dat ze in 2010 voldoende bewijs hadden voor de synthese van siliceen op basis van hoe de siliciumatomen zich onder een hoek met het zilversubstraat uitlijnden. De microscoopbeelden onthulden een honingraatstructuur die het zilveren oppervlak niet alleen had kunnen vormen, zei Kara.

"[Scanning tunneling microscoop] beelden kunnen natuurlijk bedrieglijk zijn, " zei Kara. "We hebben heel zorgvuldig naar het silicium gekeken, en daarom werd het artikel geaccepteerd [voor wetenschappelijke publicatie]."

Niettemin, Le Lay en Vogt waren niet tevreden. Om er zeker van te zijn dat ze echt siliceen hadden gemaakt, De onderzoeksgroep van Vogt analyseerde hun monster op een aantal manieren. Ze maten elektrische en chemische eigenschappen naast het vergelijken van werkelijke beelden met gesimuleerde theoretische voorspellingen. Het bewijzen van de synthese van siliceen vereist convergerend bewijs uit deze verschillende bronnen, zei Le Lay.

Ook, het team ontdekte dat de waargenomen afstand tussen de siliciumatomen beter overeenkwam met de theoretische voorspellingen dan de resultaten van 2010.

Kara is het ermee eens dat het team van Le Lay een belangrijke stap voorwaarts heeft gezet in het onderzoek naar siliceen, maar hij is van mening dat ze niet al te veel lof verdienen voor de ontdekking van siliceen.

Kara voegde eraan toe dat de eer voor baanbrekend experimenteel siliceenonderzoek naar zijn collega's moet gaan, Bernard Aufray en Hamid Oughaddou, die aan de krant van 2010 werkte.

Lew Yan Voon van de staat Wright, die niet betrokken was bij Kara's of Le Lay's onderzoek, erkent dat er enkele discrepanties waren tussen de paper van 2010 en de theoretische voorspellingen. Bijgevolg, het blijft onduidelijk wie het eerst siliceen heeft gesynthetiseerd, zei Lew Yan Voon.

"De positieve noot is dat steeds meer groepen [synthese van siliceen] rapporteren, "zei Lew Yan Voon. "Er was een tijd dat mensen zeiden dat je het niet eens kon maken."

Ondanks de onzekerheid over wie het eerst siliceen heeft gemaakt, onderzoekers zijn het erover eens wat er nu moet gebeuren. Om optimaal te profiteren van de eigenschappen van siliceen, natuurkundigen moeten het laten groeien op een isolerend materiaal dat geen elektriciteit geleidt zoals zilver. Zodra siliceen op een isolator kan worden gekweekt, het zal veel gemakkelijker zijn om siliceentransistors en andere apparaten te ontwikkelen.

Wetenschappers kunnen siliceenapparaten ontwikkelen die de verwerkingssnelheid relatief snel drastisch verhogen, maar er blijven grote uitdagingen, volgens Le Lay.

"Van dit naar toepassingen is weer een grote stap. Het is niet triviaal, ' zei Le Lay.