Il silicene, una forma di silicio bidimensionale, ha attirato un notevole interesse per il suo potenziale nello sviluppo di tecnologie avanzate. Simile al grafene, presenta una struttura unica che consente agli elettroni di muoversi in modi affascinanti, rendendolo anche compatibile con le tecnologie dei semiconduttori esistenti. Tuttavia, nonostante i progressi nella realizzazione e nello studio del silicene, permangono sfide significative, in particolare nell’identificazione di superfici adatte a supportarne la struttura senza intaccarne le proprietà. Ad esempio, i substrati di argento sono i più diffusi per crescere silicene ma gli effetti che hanno sulle sue proprietà elettroniche sono significativi. L'aggiunta di uno strato di un altro materiale, come lo stanene, può aiutare a ridurre le interazioni tra silicene e argento. Comprendere come il silicene interagisce con gli strati sottostanti è quindi cruciale per integrarlo in dispositivi funzionali.
Parametri chiave per i materiali innovativi includono la conducibilità elettrica e termica, ma il comportamento termico del silicene a livello ultra-sottile (2D) rimane poco esplorato. Finora, gli studi sulla sua conducibilità termica sono per lo più teorici, con un’ampia gamma di valori previsti: da 9 a 40 W/mK (watt per metro-kelvin), a seconda dei metodi computazionali utilizzati. Gli esperimenti sulle proprietà termiche del silicene sono rari proprio a causa delle difficoltà nel realizzare configurazioni adeguate.
Una collaborazione tra il Laboratorio di Spettroscopia di Semiconduttori (LASSEM) del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca (E. Bonaventura, J. Pedrini, F. Pezzoli, E. Bonera) ed il CNR IMM di Agrate Brianza (D. S. Dhungana, C. Massetti, C. Grazianetti, C. Martella, A. Molle) ha permesso di colmare questa lacuna. Utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia Raman optotermica, il team ha studiato come il silicene conduce il calore quando è supportato da materiali diversi. Lo studio ha esaminato due configurazioni: silicene su argento e silicene su uno strato cuscinetto di stanene. Questo approccio utilizza la luce laser per riscaldare il materiale e contemporaneamente monitorare come le variazioni di temperatura influenzano il suo spettro Raman, una vera e propria impronta digitale per i materiali. Analizzando queste variazioni negli spettri, i ricercatori sono riusciti a quantificare con successo la conducibilità termica del silicene.
Questo studio mette in evidenza come diverse configurazioni del silicene possano rivelare proprietà termiche ed elettriche critiche, contribuendo a colmare il divario tra le previsioni teoriche e le applicazioni nel mondo reale. Tali risultati, riportati nell’articolo “Effective Out-Of-Plane Thermal Conductivity of Silicene by Optothermal Raman Spectroscopy" (DOI: 10.1002/adom.202470107) e pubblicato sulla rivista Advanced Optical Materials (Impact Factor 8.0 – Wiley 2024), rappresentano un passo avanti cruciale nello sviluppo di dispositivi termoelettrici ed elettronici di nuova generazione.
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