(PhysOrg.com) -- Sedan upptäckten 2004, grafen - ark av kol med en tjocklek av en atom - har väckt en uppsjö av forskning om nanomaterialets potentiella tillämpningar för flammande snabbt, liten elektronik. Nu, flera forskargrupper hävdar att de har skapat analoga tunna ark av kisel som kallas silicen, väckte en kontrovers om vem som vann loppet för att syntetisera detta lovande nya material.

Mindre betyder snabbare inom elektronik. Konventionella elektroniska enheter baserade på kisel miniatyriseras, men de börjar inte fungera när de närmar sig gränserna för enatomskalan. Följaktligen, tillverkare måste hitta nya lösningar för snabbare elektronik under de kommande åren. Eftersom silicen och grafen i huvudsak är tvådimensionella kan de fungera på en atomnivå.

"Det är därför silicen är så viktigt. Det kan ta dig till den ultimata storleksgränsen, " sa Lok C. Lew Yan Voon, en nanomaterialexpert från Wright State University i Ohio som myntade termen "silicene" 2007.

Enligt Lew Yan Voon, elektroniska enheter baserade på silicen skulle på ett tillförlitligt sätt kunna uppvisa den kritiska på/av-funktionen som krävs för transistorer, datorernas byggstenar. grafen, dock, har kämpat för att uppnå denna funktion, hindrar dess praktiska användning som transistor.

"Elektronikindustrin kämpar mot kol, sa Guy Le Lay, en silicenforskare från Aix-Marseille University i Frankrike. "Att byta till grafen, i princip, skulle vara väldigt trevligt, men det är väldigt komplicerat."

Eftersom elektroniktillverkare har byggt en infrastruktur kring kisel, de är fortfarande tveksamma till att helt ta till sig grafen som grunden för framtida supersnabba processorer. silicen, dock, presenterar ett attraktivt perspektiv, enligt dess förespråkare.

I en kommande forskningsartikel, Le Lay och hans kollegor hävdar att de är den första gruppen som har tydliga bevis på syntetiserade silicenark. Verket kommer att dyka upp i Fysiska granskningsbrev .

Le Lay hoppas att denna forskning snart kommer att gå in på transistorer.

"Målet är att ha en demonstration av en enhet om två och ett halvt år, sa Le Lay.

Fördelen med silicentransistorer jämfört med sina grafenmotsvarigheter härrör från silicens unika struktur. I silicen, ett fåtal kiselatomer finns ovanför och under den tvådimensionella huvudytan och elektroner i dessa två regioner har distinkta energier. Att applicera elektriska spänningar gör det möjligt för elektroner att hoppa över detta energigap och tillåter silicen att övergå mellan ett "på" och "av" tillstånd.

Le Lays team säger sig ha skapat de första arken som banar väg för sådana applikationer. Men Le Lay och hans kollegor har flera konkurrenter.

Forskargrupper från Kina och Japan avslöjade nyligen liknande resultat, och ett annat team tillkännagav syntesen av silicen i en Applied Physics Letters-artikel publicerad i slutet av 2010. Den senare gruppen, dock, hade inte tillräckligt med bevis för att göra det påståendet, sa Le Lay. Le Lay tillade att den japanska gruppen inte har lika mycket bevis som hans grupp.

"[Le Lay] vill äga silicens faderskap som om det är hans grej, men det är det faktiskt inte, sa Abdelkader Kara, en teoretisk fysiker specialiserad på silicen vid University of Central Florida i Orlando och medförfattare till 2010 års forskningsuppsats.

Även om Karas grupp påstod sig ha syntetiserat silicen 2010, de använde bara en detektionsmetod för att bevisa sitt påstående:skanning av tunnelmikroskopbilder. Enheten förlitar sig på kvantmekaniska effekter för att producera bilder på atomär skala, med större detaljer än bilder från traditionella mikroskop.

Sådana bilder, dock, kan lura. Enligt det franska teamet bakom den nyare forskningen, 2010 års resultat tydde inte på att silicen bildades. Istället, något subtilt dök upp i bilderna, Le Lays grupp hävdar.

De flesta silicenforskare har försökt att odla silicen ovanpå silver eftersom silveratomer och kiselatomer inte interagerar starkt. Även om detta tillåter silicen att bildas oberoende av silversubstratet, det kan vara svårt att skilja mellan äkta silicenskivor och silverstrukturer, sa Le Lay.

"Det är något knepigt med silverytan. Silverytan kan efterlikna bikakeytan som ser ut som silicen, sa Patrick Vogt, en silicenforskare vid Technical University of Berlin och huvudförfattare till den kommande forskningen gjord med Guy Le Lay. "Den verkliga silicenstrukturen ser annorlunda ut."

Kara motarbetar att de hade tillräckligt med bevis för silicensyntes redan 2010 baserat på hur kiselatomerna anpassade sig i en vinkel med silversubstratet. Mikroskopbilderna avslöjade en bikakestruktur som silverytan inte kunde ha bildats ensam, sa Kara.

"[Skannande tunnelmikroskop] bilder kan naturligtvis vara vilseledande, " sa Kara. "Vi gjorde ett mycket noggrant jobb med att titta på kislet, och det var därför uppsatsen accepterades [för vetenskaplig publicering]."

Ändå, Le Lay och Vogt var inte nöjda. För att säkerställa att de verkligen hade skapat silicen, Vogts forskargrupp analyserade sitt prov på ett antal sätt. De mätte elektriska och kemiska egenskaper förutom att jämföra faktiska bilder med simulerade teoretiska förutsägelser. Att bevisa syntesen av silicen kräver konvergerande bevis från dessa olika källor, sa Le Lay.

Också, teamet fann att det observerade avståndet mellan kiselatomerna matchade teoretiska förutsägelser bättre än resultaten från 2010.

Kara håller med om att Le Lays team tog ett viktigt steg framåt i silicenforskning, men han anser att de inte förtjänar alltför mycket beröm för silicens upptäckt.

Kara tillade att äran för banbrytande experimentell silicenforskning borde gå till hans kollegor, Bernard Aufray och Hamid Oughaddou, som arbetade med 2010 års tidning.

Wright State Lew Yan Voon, som inte var ansluten till vare sig Karas eller Le Lays forskning, Parlamentet medger att det fanns vissa avvikelser mellan 2010 års uppsats och teoretiska förutsägelser. Följaktligen, det är fortfarande oklart vem som syntetiserade silicen först, sa Lew Yan Voon.

"Den positiva noteringen är att fler och fler grupper rapporterar [syntes av silicen], " sa Lew Yan Voon. "Det fanns en tid då folk sa att du inte ens kunde skapa det."

Trots osäkerheten om vem som skapade silicen först, forskarna är överens om vad som behöver göras härnäst. För att dra full nytta av silicens egenskaper, fysiker måste odla det på ett isolerande material som inte leder elektricitet som silver. När silicen kan odlas på en isolator, det blir mycket lättare att utveckla silicentransistorer och andra enheter.

Forskare kan utveckla silicenenheter som dramatiskt ökar bearbetningshastigheten relativt snart, men stora utmaningar kvarstår, enligt Le Lay.

"Från detta till applikationer är ytterligare ett stort steg. Det är inte trivialt, sa Le Lay.