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Première synthèse de rubans de silicène sur un substrat isolant

par Martrenchard-Barra Séverine - 21 décembre 2020

Des matériaux de configuration électronique sp3 comme le diamant, le silicium et le germanium peuvent former des structures 2D en configuration électronique sp2 et présenter une structure électronique analogue à celle du graphène. Ainsi, la première preuve expérimentale de l’existence d’une couche atomique de silicium 2D (silicène) a été obtenue sur une surface d’argent orientée (111) par des chercheurs Français et Américains (CNRS – ISMO (Orsay), CINAM (Marseille), et Université Centrale de Floride) en 2010[1] . Peu après, la croissance du silicène sur d’autres substrats a été décrite dans la littérature. Cependant la question de la structure électronique du silicène demeure, du fait de l’existence d’un fort couplage entre le silicène et le substrat d’argent, ce qui a pour conséquence la destruction de ses propriétés électroniques d’intérêt.
Pour la première fois, des équipes de l’ISMO, du Synchrotron SOLEIL, du SPEC au CEA Saclay, de l’Université Centrale de Floride et de l’Université M5 de Rabat ont réussi à faire croitre par épitaxie des rubans de silicène sur un film isolant de NaCl.
Les images de microscopie à effet tunnel en résolution atomique, enregistrées à basse température (78 K), montrent des nano-rubans de silicium organisés en nids d’abeille (Figure 1a) alors que les mesures de spectroscopie par rayons X à l’aide du Rayonnement Synchrotron confirment cette structure et révèlent un faible couplage entre les rubans de silicène et la couche de NaCl (Figure 1b et 1c). Ces résultats sont confirmés par des calculs dans le cadre de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) (Figure 1d).
Ce travail ouvre désormais des perspectives réalistes pour l’intégration du silicène comme matériau 2D dans des dispositifs électroniques.

Figure 1
Figure 1

Figure 1 : (a) Image STM montrant des nano-rubans de silicium en forme de nids d’abeilles (b) Spectre XPS de silicium 1p reproduit uniquement par une seule composante. © Spectre EXAFS montrant une similitude de la structure atomique locale des rubans de silicène et celle de silicium massif. (d) modèle des nano-rubans développé pour les calculs DFT. Les atomes de Ag, Cl, Na, H et Si sont colorés, respectivement, en gris, vert, jaune, rouge et bleu violet.

[1] B. Lalmi et al.
Epitaxial growth of a silicene sheet
Applied Physics letters, 97, 223109 (2010)

[2] Silicene Nanoribbons On An Insulating Thin Film.
Kh. Quertite et al. Advanced Functional Materials, accepted

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