Ricercatori del Cnr hanno realizzato membrane flessibili di strati atomici di silicene (il silicio allo stato 2D), con un sofisticato processo di crescita e trasferimento del materiale
La realizzazione di membrane flessibili di strati atomici di silicene (ovvero il silicio allo stato 2D), tramite un sofisticato processo di crescita e trasferimento del materiale: è questo l’oggetto dello studio condotto da Christian Martella, insieme ad altri ricercatori, dell’l’Istituto per la microelettronica e microsistemi (Cnr-Imm) di Agrate Brianza, sviluppato all’interno della progetto ERC Consolidator Grant “XFab” di Alessandro Molle e recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Materials.
Grazie alle loro uniche proprietà meccaniche, i materiali bidimensionali (2D) hanno acquisito un ruolo di primaria importanza nell’ambito dell’elettronica e optoelettronica flessibile. Una produzione scalabile di membrane flessibili basate su materiali 2D compatibili con lo standard tecnologico e perciò percepita come un traguardo ambizioso nell’attuale ricerca di frontiera.
La ricerca, in questo campo, si concentra sulla sintesi e ingegnerizzazione di materiali di diverso tipo, come ad esempio i materiali 2D, dove strati estesi di materiale hanno spessore ridotto ad un singolo atomo (o a pochi piani atomici). Tuttavia, una delle maggiori sfide in questo campo tecnologico resta l’integrazione dei materiali 2D in flussi di processo compatibili con gli standard della micro e nanoelettronica che sono basati sull’ormai consolidata tecnologia del silicio. La domanda appare allora naturale: perché non utilizzare il silicio come materiale attivo e flessibile?
Nel lavoro condotto dal Cnr-Imm, per la prima volta, è stato possibile testare la risposta del silicene a sollecitazioni meccaniche (deformazione tensile) sia sulla macro che sulla microscala. Tale risposta è stata monitorata ricorrendo alla spettroscopia di scattering Raman, una tecnica ampiamente utilizzata per determinare lo stadio di deformazione di un reticolo soggetto ad un campo di deformazione. Lo studio ha dimostrato, inoltre, che l’ingegnerizzazione del silicene tramite l’uso di un altro materiale bidimensionale di interfaccia, lo stanene (cioè la forma bidimensionale dello stagno), è in grado di potenziarne la risposta alle sollecitazioni esterne, permettendo di avere accesso ad un segnale elettrico dipendente dal grado di strain applicato. Il silicene ha, infatti, dimostrato di variare la sua resistenza elettrica in funzione della curvatura dello strato, e quindi della deformazione applicata attraverso test su un dispositivo prototipale (piezoresitore) in cui è stata misurata la resistenza elettrica al variare della sollecitazione meccanica.
Oltre alla novità assoluta della realizzazione di una membrana costituita da uno strato atomico di silicio, la ricerca sviluppata ha un’immediato risvolto applicativo nella realizzazione di piezoresitori atomicamente sottili, con potenziale impatto nel settore della sensoristica flessibile, indossabile, biocompatibile e a bassissimo consumo energetico.
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