Nature Communications publicerar brasiliansk studie om svart fosfor

Den internationella vetenskapliga tidskriften Nature Communications, från den stora förlagsgruppen Nature Publishing Group, publicerade den 14 juli en artikel som sammanför flera brasilianska grupper och rapporterar om ny forskning om svart fosfor - ett nanomaterial som består av stapling av tvådimensionella fosforblad. .

Med deltagande av prof. Dr. Christiano JS de Matos, MackGraphe-forskare - Center for Advanced Research on Graphene, Nanomaterials and Nanotechnologies at Mackenzie Presbyterian University, och åtta andra ämnesexperter från MackGraphe själv och Unesp, Unicamp, UFMG, och University of Singapore University undersöker studien en tidigare okänd egenskap hos svart fosfor och kan bidra till utvecklingen av högpresterande nanodon.

Sedan grafenisolering 2004 och demonstrationen av dess potential för elektroniska och optoelektroniska applikationer har många forskare fokuserat på att hitta andra nanomaterial med några atomtjocklekar med liknande eller komplementära egenskaper. Den sista som gick med i denna utvalda högteknologiska klubb är svart fosfor.

Materialet upptäcktes 1914 och finns inte i naturen och studerades dåligt under det första århundradet efter upptäckten. Intresset för det exploderade emellertid 2014, då det demonstrerades att den mekaniska exfolieringsmetoden med en tejp (samma som användes för att isolera grafen för första gången) kunde användas för att få svart fosfor med få atomtjocklekar. .

Bilden ovan visar i guld den fina svarta fosforkristallen som studerats. På kristallen visas, i form av en färgskala, intensiteten hos atomvibrationer med oväntade egenskaper (mörkblått representerar lägre intensitet och rött högre intensitet). Dessa ovanliga vibrationer observeras vara koncentrerade vid kristallkanterna, vilket ger dem särskilda egenskaper.

Till skillnad från grafen har ett enda ark svart fosfor, känt som fosforen, en "dragspel" -struktur (se tabellen nedan). Till skillnad från grafen (som är en utmärkt ledare) är fosforen en halvledare, en typ av material med viktiga elektroniska applikationer. Dessutom beror de elektroniska egenskaperna hos svart fosfor starkt av antalet lager av detta material.

Enligt professor Christiano de Matos gör dessa egenskaper svart fosfor till ett extremt lovande material för framtida elektroniska och optoelektroniska applikationer, till exempel i transistorer som utför de nödvändiga logiska funktionerna i digitala system; i ljusdetektorer, omvandla ljusenergi till elektrisk ström i optiska kommunikationssystem (optisk fiber) eller fotovoltaiska celler; och i nya ljusemitterare för optisk kommunikation. Således är grafen och svart fosfor komplementära, inte konkurrerande, vad gäller användning och applicering, och kan till och med användas tillsammans.

Den nyligen publicerade studien är banbrytande eftersom den är den första som identifierar, genom beräkningstekniker och laboratorietekniker, att atomvibrationerna i detta material uppför sig oväntat och skiljer sig från de som observerats långt från kanterna. Studien visar också att detta beteende, som inte observerats i grafen, är en konsekvens av snedvridningen av kristallgitteret nära kanterna. Eftersom de atomära vibrationerna i ett material är relaterade till värmeproduktion och -spridning, kommer studien att bidra till en bättre förståelse för hur värme sprids i detta nya material, vilket kommer att vara av stor betydelse för optimeringen av fosforbaserade elektroniska och optoelektroniska nanoder. svart.

Den experimentella delen av forskningen genomfördes vid MackGraphe med användning av Raman-spektroskopitekniken, med förmåga att noggrant analysera de atomära och molekylära egenskaperna hos materialen. MackGraphe har en av de modernaste Raman-spektrometrarna i landet. Förvärvat med FAPESP-resurser har utrustningen mycket hög känslighet och förmågan att utföra omfattande analyser med hög hastighet.

Pappersarken, med utformningen av atomer arrangerade i en bikakliknande struktur, illustrerar de geometriska skillnaderna mellan grafen och fosforen (ett enda lager svart fosfor). I grafen (till vänster) är kolatomerna i samma plan och bildar ett sträckt ark. I fosforen (till höger) har fosforatomerna en konsertinstruktur, som om den är vikad som en origami, vilket ger materialet anisotropa egenskaper.

Via rådgivande