Nell’ambito di una collaborazione con il SuperStem Lab di Daresbury (Gran Bretagna), un team di ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Cnr di Catania (Imm-Cnr) ha effettuato una serie di misure al microscopio elettronico a scansione di strati di grafene ‘cresciuti’ su superfici di carburo di silicio, materiale -quest’ultimo- alla base dell’attuale elettronica basata sul silicio. Lo studio, si legge in un articolo pubblicato sul nuovo numero on line dell’Almanacco della Scienza del Cnr, ha permesso di osservare e ‘manipolare’ proprieta’ su scala atomica del grafene tali da migliorare sensibilmente l’integrazione tra i due materiali e quindi la possibilita’ di realizzare dispositivi sempre piu’ efficienti. “Abbiamo seguito una tecnica detta di ‘crescita epitassiale’, che consiste nell’allineare, atomo per atomo, il grafene con la struttura atomica del carburo di silicio (SiC),” spiega il ricercatore Giuseppe Nicotra (Imm-Cnr). “Come gia’ noto in letteratura, questo processo determina la formazione di un primo monostrato di carbonio denominato ‘buffer layer’, che non ha le eccezionali proprieta’ fisiche ed elettroniche del grafene, essendo parzialmente legato agli atomi di silicio del substrato”. La novita’ introdotta dallo studio e’ stata quella di osservare che, modificando opportunamente l’orientazione della superficie del substrato di silicio, e’ possibile ‘esporre delle facce’ sulle quali la crescita del grafene procede senza la generazione del ‘buffer layer’. “La conferma e’ stata ottenuta osservando la struttura atomica del grafene a contatto con il carburo di silicio mediante la microscopia elettronica a scansione in trasmissione, una tecnica che permette di mantenere alta la risoluzione e operare a bassissima energia cosi’ da non danneggiare il grafene durante l’osservazione stessa”, aggiunge Nicotra. “Cio’ ci ha permesso di scoprire che gli atomi del ‘buffer layer’ di carbonio, nella crescita, rompono i propri legami con gli atomi di silicio del substrato quando questo muta la sua orientazione lungo direzioni ben definite. Ulteriori misure elettriche, supportate da simulazioni quantomeccaniche, hanno dimostrato che il primo strato di materiale cresciuto dal ‘distacco’ del carburo di silicio assume le proprieta’ del grafene”, spiega Nicotra. Il risultato e’ di fondamentale importanza soprattutto per le applicazioni tecnologiche basate su semiconduttori: la possibilita’ di modificare localmente le caratteristiche elettriche del grafene ottenuto per crescita epitassiale puo’ infatti migliorare ulteriormente le performances dei dispositivi microelettronici a base di carburo di silicio attualmente utilizzati. La collaborazione tra l’Istituto Cnr e il laboratorio di Daresbury, avviata nell’ambito dei progetti europei ‘Graphic-Rf’ del programma Eurographene e ‘Beyond-Nano’ proseguira’ con l’acquisizione, da parte dell’Istituto Cnr, di un microscopio con prestazioni ulteriormente migliorate rispetto a quello utilizzato per lo studio, un microscopio elettronico a scansione in trasmissione dotato di correttore di aberrazione sferica della sonda e in grado di raggiungere la risoluzione spaziale sub-atomica anche a bassa energia e di effettuare simultaneamente piu’ di mille analisi chimiche al secondo.
