Nature Communications публикует бразильское исследование черного фосфора

Международный научный журнал Nature Communications, принадлежащий крупной издательской группе Nature Publishing Group, опубликовал 14 июля статью, объединяющую несколько бразильских групп и сообщающую о новых исследованиях черного фосфора - наноматериала, состоящего из укладки двумерных листьев фосфора.,

При участии проф. Доктор Кристиано Дж.С. де Матос, исследователь MackGraphe - Центр перспективных исследований графена, наноматериалов и нанотехнологий при Пресвитерианском университете Маккензи, и восемь других специалистов в этой области из самого МакГрафе и Unesp, Unicamp, UFMG и университетов Национального университета Сингапура, исследование раскрывает ранее неизвестное свойство черного фосфора и может способствовать разработке высокоэффективных наноустройств.

Со времени выделения графена в 2004 году и демонстрации его потенциала для применения в электронике и оптоэлектронике многие исследователи сосредоточились на поиске других наноматериалов с толщиной нескольких атомов с аналогичными или дополнительными свойствами. Последний, кто присоединился к этому избранному клубу высоких технологий, - черный фосфор.

Обнаруженный в 1914 году материал не обнаружен в природе и был плохо изучен в течение первого столетия после открытия. Однако интерес к нему возрос в 2014 году, когда было продемонстрировано, что метод механического отслаивания с помощью клейкой ленты (такой же, который был впервые использован для выделения графена) можно использовать для получения черного фосфора с небольшой толщиной атомов.,

Изображение выше показывает в золоте изученный мелкий черный кристалл фосфора. На кристалле в виде цветовой шкалы показана интенсивность атомных колебаний с неожиданными характеристиками (темно-синий обозначает меньшую интенсивность, а красный - более интенсивную). Наблюдается, что эти необычные колебания концентрируются на краях кристалла, придавая им особые характеристики.

В отличие от графена, один лист черного фосфора, известный как фосфорен, имеет структуру «гармошка» (см. Таблицу ниже). Также в отличие от графена (который является отличным проводником), фосфорен является полупроводником, тип материала с важными электронными приложениями. Кроме того, электронные характеристики черного фосфора сильно зависят от количества слоев этого материала.

По словам профессора Кристиано де Матоса, эти характеристики делают черный фосфор чрезвычайно перспективным материалом для будущих электронных и оптоэлектронных приложений, например, в транзисторах, выполняющих необходимые логические функции в цифровых системах; в детекторах света, преобразующих световую энергию в электрический ток в системах оптической связи (оптоволокно) или фотоэлектрических элементах; и в новых излучателях света для оптической связи. Таким образом, графен и черный фосфор дополняют друг друга, не конкурируют друг с другом с точки зрения использования и применения и могут даже использоваться вместе.

Недавно опубликованное исследование является пионерским, поскольку оно впервые с помощью вычислительных и лабораторных методов идентифицирует, что атомные колебания этого материала ведут себя неожиданно и отличаются от тех, которые наблюдаются далеко от краев. Исследование также показывает, что такое поведение, не наблюдаемое в графене, является следствием искажения кристаллической решетки вблизи краев. Поскольку атомные колебания материала связаны с выделением и рассеиванием тепла, исследование будет способствовать лучшему пониманию того, как тепло рассеивается в этом новом материале, что будет иметь большое значение для оптимизации электронных и оптоэлектронных наноустройств на основе фосфора. черный.

Экспериментальная часть исследований проводилась в MackGraphe с использованием метода спектроскопии комбинационного рассеяния, способного точно анализировать атомные и молекулярные свойства материалов. MackGraphe имеет один из самых современных рамановских спектрометров в стране. Приобретенное за счет ресурсов FAPESP, оборудование обладает очень высокой чувствительностью и способностью выполнять обширные анализы на высокой скорости.

Листы бумаги с рисунком атомов, скомпонованными в сотовую структуру, иллюстрируют геометрические различия между графеном и фосфореном (один слой черного фосфора). В графене (слева) все атомы углерода находятся в одной плоскости, образуя растянутый лист. В фосфорене (справа) лист атомов фосфора имеет структуру гармошки, как бы свернутую в виде оригами, придающую материалу анизотропные характеристики.

Через консультативный