Nel silicio bidimensionale il futuro della fotonica / In the two-dimensional silicon the future of photonics

Nel silicio bidimensionale il futuro della fotonica /  In the two-dimensional silicon the future of photonics


Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa


Didascalia immagine: interazione radiazione-materia in silicio bidimensionale su substrato di zaffiro (immagine riprodotta da Olivia Pulci, Paola Gori e Christian Martella) / Image caption: two-dimensional silicon-radiation interaction on a sapphire substrate (reproduced image

Il silicio può essere depositato su un supporto isolante di zaffiro assumendo una struttura atomica bidimensionale, analoga a quella del grafene, che potrà rivoluzionare il futuro della fotonica attivandosi anche in zone dello spettro ottico considerate off limits. Lo studio di Cnr-Imm e Sapienza Università di Roma è stato pubblicato su Nano Letters.

Un team di ricerca coordinato da Alessandro Molle dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Imm) di Agrate Brianza e da Stefano Lupi della Sapienza Università di Roma, insieme a gruppi delle Università di Roma Tor Vergata e Università di Roma Tre e in collaborazione con la STMircoelectronics, ha ottenuto per la prima volta una configurazione bidimensionale del silicio, che presenta una risposta ottica mai osservata prima.

La nuova struttura consente, infatti, l’assorbimento della luce in una zona dello spettro ottico che per il silicio era ritenuta proibita fino a questo momento e promette grandi innovazioni in ambito tecnologico. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nano Letters.

“Il silicio è il materiale di base per l’elettronica e il fotovoltaico. Questa nuova configurazione è simile a quella del grafene (da cui il nome silicene), materiale particolarmente versatile in molti settori, come l’energia, l’informatica o la biomedicina”, spiega Molle. “La grande innovazione dello studio è rappresentata dal supporto di zaffiro, un ossido di alluminio cristallizzato, che ha un comportamento isolante. Su questo supporto abbiamo depositato, tramite evaporazione in vuoto ultra spinto, atomi di silicio che, abbiamo constatato, si organizzano in uno o più strati bidimensionali, con una struttura simile al grafene, dove i portatori di carica si comportano come se fossero fotoni”.

Questo comportamento del silicio è stata una sorpresa per il gruppo di ricerca. “Si tratta di una risposta inaspettata nel senso che l’assorbimento ottico del silicio che abbiamo avuto modo di riscontrare nel nostro studio non corrisponde a quello convenzionalmente noto nella forma tridimensionale”, precisa Molle. “Avere un silicio bidimensionale, che devia quindi dal silicio convenzionale, ha un potenziale totalmente inesplorato e il suo impiego non avrà più i limiti energetici legati alla configurazione tridimensionale”, aggiunge Lupi.

Il neonato silicio bidimensionale sembra avere secondo i ricercatori tutte le carte in regola per rivoluzionare diversi ambiti tecnologici. “Stiamo pensando anche all’uso della metodologia in progetti legati alla creazione di dispositivi plasmonici e fotonici grazie al successo dell’integrazione con altri materiali bidimensionali come il grafene, che abbiamo sperimentato nel laboratorio Teralab del Dipartimento di fisica della Sapienza”, conclude Lupi.

ENGLISH

The silicon can be deposited on an insulating support of sapphire assuming a two-dimensional atomic structure, analogous to that of graphene, which can revolutionize the future of photonics by activating also in areas of the optical spectrum considered off limits. The Cnr-Imm and Sapienza University of Rome study was published in Nano Letters.

A research team coordinated by Alessandro Molle of the Institute for Microelectronics and Microsystems of the National Research Council (Cnr-Imm) of Agrate Brianza and Stefano Lupi della Sapienza University of Rome, together with groups of the University of Rome Tor Vergata and University of Roma Tre and in collaboration with STMircoelectronics, has obtained for the first time a two-dimensional configuration of silicon, which presents an optical response never observed before.

The new structure allows, in fact, the absorption of light in an area of ​​the optical spectrum that for silicon was considered prohibited up to now and promises great innovations in technology. The results are published in the journal Nano Letters.

"Silicon is the basic material for electronics and photovoltaics. This new configuration is similar to that of graphene (hence the name silicene), a particularly versatile material in many sectors, such as energy, information technology or biomedicine, "explains Molle. "The great innovation of the study is represented by the support of sapphire, a crystallized aluminum oxide, which has an insulating behavior. On this support we deposited, by ultra-high vacuum evaporation, silicon atoms which, we have observed, are organized into one or more two-dimensional layers, with a structure similar to graphene, where the charge carriers behave as if they were photons ".

This silicon behavior was a surprise for the research group. "This is an unexpected response in the sense that the optical absorption of silicon that we have found in our study does not correspond to that conventionally known in the three-dimensional form", states Molle. "Having a two-dimensional silicon, which then deviates from conventional silicon, has a totally unexplored potential and its use will no longer have the energy limits linked to the three-dimensional configuration", adds Lupi.

The newborn two-dimensional silicon seems to have according to researchers all the papers in order to revolutionize different technological fields. "We are also considering the use of the methodology in projects related to the creation of plasmonics and photonics devices thanks to the successful integration with other two-dimensional materials such as graphene, which we tested in the Teralab laboratory of the Physics Department of Sapienza", concludes Lupi.


Da:

http://www.lescienze.it/lanci/2019/01/24/news/nel_silicio_bidimensionale_il_futuro_della_fotonica-4268174/?ref=nl-Le-Scienze_25-01-2019


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