Silicium
> NUMÉRO ATOMIQUE 14
> MASSE ATOMIQUE 28,08u
Groupe
14
Famille
Métalloïdes
État physique naturel
Solide
Étymologie
Du latin silex, caillou.
Découverte
Isolé pour la première fois par le suédois Jöns Jacob Berzelius en 1823.
Propriétés et généralités
Le silicium est l’élément le plus abondant, après l’oxygène, dans la croûte terrestre. Il représente plus de 25% de sa masse.
Utilisations
Verre (silice); ciment (silicate de calcium); céramiques; silicones; panneaux photovoltaïques; semi-conducteurs; composants électroniques, en particulier les transistors; huiles; présent dans certains aciers et dans les briques, ainsi que les émaux et les poteries en tant qu’élément réfractaire. Le silicium, en alliage avec l’aluminium, est utilisé pour des moulages de pièces automobiles ou d’éléments de moteurs d’avions. La silice, le dioxyde de silicium, est utilisée depuis l’Antiquité dans la fabrication des verres. Actuellement, elle intervient, associée au noir de carbone, dans la fabrication de pneus économes en énergie.
En savoir plus
- Le quartz, silice associée à des fragments d’aluminium, de fer, de bore et d’autres métaux, est un minéral qui fait partie des silicates. Les silicates sont la forme la plus abondante de silicium sur Terre.
- Le silicium est un semi-conducteur. À ce titre, il est utilisé pour la fabrication de cellules solaires photovoltaïques.
- Dans l’organisme, le silicium joue un rôle dans la fixation du calcium au niveau des os.
Quoi de neuf dans les labos ?
Alors que la structure moléculaire des verres est considérée comme aléatoire à grande échelle, une équipe internationale vient de révéler comment la structure des verres et liquides alumino-silicatés présente des nano-arrangements affectant grandement leurs propriétés.
Des chercheurs ont mis au point un supraconducteur, le premier représentant d’une nouvelle famille qui contient du silicium, élément non toxique, à la place des éléments toxiques habituels. Ces travaux permettront une plus large utilisation de ces supraconducteurs, par exemple dans les domaines de l’énergie ou de la médecine.
Des chercheurs ont isolé pour la première fois, un complexe de dioxyde de silicium (SiO2). Contrairement au dioxyde de carbone (CO2), une molécule gazeuse parfaitement stable et omniprésente dans la nature, le SiO2 n’est stable que sous forme de réseaux tridimensionnels, comme par exemple dans le sable, mais reste particulièrement instable en tant qu’espèce monomère.
Une équipe a mis au point une nouvelle voie de synthèse. Grâce à elle, ils sont parvenus pour la première fois à insérer un puis deux atomes de silicium dans les cycles de structures organiques originales.
La lumière permet de détecter la présence de substances dans un milieu. Des chercheurs ont développé des circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge, basés sur des guides d’ondes en silicium-germanium. Ces structures permettent de réaliser des capteurs intégrés, capables de détecter des concentrations de quelques centaines de ppm.
Concevoir à l’échelle atomique des dispositifs quantiques dont on contrôle les propriétés est un enjeu important des nanosciences. A partir d’une surface de silicium hydrogénée, des chercheurs du CNRS ont façonné un dispositif de boîtes quantiques et, à l’aide de simulations numériques, ont pu comprendre et analyser les couplages entre ces boîtes qui sont à l’origine des propriétés du dispositif.
Le bris d’une glace ne laisse aucun doute, les matériaux fragiles éclatent à des vitesses fulgurantes et en des motifs complexes. Au-delà d’éviter sept ans de malheur, le phénomène intéresse de nombreux domaines, comme celui des cellules photovoltaïques. Des chercheurs ont ainsi étudié la rupture du silicium monocristallin, afin de mieux comprendre la vitesse et la morphologie des fissures.
Les surfaces de verre conservent à l’état solide une mémoire de la direction dans laquelle elles se sont écoulées à l’état liquide.
Modifier localement la structure d’un matériau massif à l’aide d’un laser femtoseconde, comme on sait le faire dans le verre ou dans des polymères, est désormais possible dans le silicium. C’est ce qu’ont démontré des chercheurs, ouvrant ainsi la voie à la réalisation de dispositifs 3D pour la photonique sur silicium.
Malgré leurs propriétés attrayantes, de nombreux semi-conducteurs ne peuvent être utilisés par manque de substrats adaptés. Des chercheurs ont proposé une méthode pouvant pallier ce problème avec un substrat universel capable de se conformer aux différentes mailles cristallines et de rester stable à de hautes températures.
Des chercheurs ont conçu et fabriqué des nanodiodes lasers intégrées sur silicium, capables de transférer très efficacement une information électrique dans le domaine optique à l’intérieur d’une puce.