A Nature Communications brazil tanulmányt publikál a fekete foszforról

A természetkiadó, a Nature Publishing Group egyik legnagyobb kiadói csoportjának tudományos folyóirata július 14-én publikált egy cikket, amely több brazil csoportot összehozott, és új kutatásokat jelentett a fekete foszforról - egy nanomatermékről, amely kétdimenziós foszforlevél rakásából áll. .

Prof. részvételével Dr. Christiano JS de Matos, a MackGraphe kutatója - a Mackenzie Presbyterian Egyetemen a grafén, nanomaterálok és nanotechnológiák fejlett kutatási központja, valamint nyolc másik tárgyszakértő magából MackGraphe-ból, valamint az Unesp, az Unicamp, az UFMG és a szingapúri nemzeti egyetem, a tanulmány a fekete foszfor korábban ismeretlen tulajdonságait fedezi fel, és hozzájárulhat a nagy teljesítményű nanokészülékek kifejlesztéséhez.

A grafén 2004-es elkülönítése és annak elektronikus és optoelektronikus alkalmazásokban rejlő lehetőségeinek demonstrálása óta sok kutató arra összpontosított, hogy más, néhány atom vastagságú, hasonló vagy kiegészítő tulajdonságokkal rendelkező nanomatermékeket keressen. A kiválasztott csúcstechnikai klubhoz utoljára csatlakozott a fekete foszfor.

Az 1914-ben felfedezett anyagot nem találták meg a természetben, és a felfedezés utáni első században kevésbé tanulmányozták. Ennek iránti érdeklődés azonban 2014-ben felrobbant, amikor kimutatták, hogy egy ragasztószalaggal végzett mechanikus hámlasztási módszerrel (ugyanazzal a módszerrel, amelyet először alkalmaztak a grafén izolálására) fel lehet használni a kevés atomvastagságú fekete foszfor előállítását. .

A fenti ábra aranyszínen mutatja a vizsgált finom fekete foszforkristályt. A kristályon színskála formájában látható a váratlan jellemzőkkel bíró atomi rezgések intenzitása (a sötétkék alacsonyabb intenzitást, a piros pedig magasabb intenzitást jelent). Megfigyelték, hogy ezek a szokatlan rezgések a kristály szélén koncentrálódnak, és különleges tulajdonságokat adnak nekik.

A graféntől eltérően, a fekete foszfor egyetlen fólia, foszforként ismert "harmonika" felépítésű (lásd az alábbi táblázatot). A graféntel (amely kiváló vezető) ellentétben a foszfor egy félvezető, egyfajta anyag, amelynek fontos elektronikus alkalmazásai vannak. Ezenkívül a fekete foszfor elektronikus jellemzői erősen függnek az anyag rétegeinek számától.

Christiano de Matos professzor szerint ezek a tulajdonságok rendkívül ígéretes anyagot tesznek a fekete foszfor számára a jövőbeni elektronikus és optoelektronikai alkalmazásokhoz, például tranzisztorokban, és elvégzik a szükséges logikai funkciókat a digitális rendszerekben; fénydetektorokban a fényenergiát elektromos árammá alakítva optikai kommunikációs rendszerekben (optikai szál) vagy fotovoltaikus cellákban; és új fénykibocsátókban az optikai kommunikációhoz. Így a grafén és a fekete foszfor kiegészítik egymást, és nem versenyeznek egymással a felhasználás és az alkalmazás szempontjából, és akár együttesen is felhasználhatók.

A nemrégiben közzétett tanulmány úttörő, mert ez az első, amely számítási és laboratóriumi technikákkal azonosítja, hogy ennek az anyagnak az atomi rezgései váratlanul viselkednek és különböznek a szélektől távoli megfigyelésektől. A tanulmány azt is kimutatja, hogy ez a viselkedés, amelyet a grafénben nem figyeltek meg, annak következménye, hogy a kristályrács szélek közelében torzul. Mivel egy anyag atomi rezgései a hőtermeléssel és -eloszlással kapcsolatosak, a tanulmány hozzájárul annak megértéséhez, hogy a hő hogyan oszlik el az új anyagban, ami nagy jelentőséggel bír a foszfor-alapú elektronikus és optoelektronikai nanoeszközök optimalizálása szempontjából. fekete.

A kutatás kísérleti részét a MackGraphe-nál Raman-spektroszkópiás technikával végeztük, amely képes az anyagok atomi és molekuláris tulajdonságainak pontos elemzésére. A MackGraphe az egyik legmodernebb Raman spektrométerrel rendelkezik az országban. A FAPESP erőforrásokkal megszerezve a berendezés nagyon magas érzékenységgel és képességgel nagy sebességgel végez kiterjedt elemzéseket.

A méhsejt alakú szerkezetű atomok kialakításával ellátott papírlapok a grafén és a foszfor (a fekete foszfor egyetlen rétegének) geometriai különbségeit szemléltetik. A grafénben (balra) a szénatomok ugyanabban a síkban vannak, és nyújtott lapot képeznek. A foszforban (jobbra) a foszfor-atomok lapja szerkezeti szerkezetű, mintha origami-ként hajtogatott lenne, és az anyag anizotróp tulajdonságait adja meg.

Tanácsadással