 Команда исследователей из Университета Монреаля, и Национального центра научных исследований (CNRS) во Франции стала первой, преуспевшей в предотвращении окисления двумерных слоев черного фосфора. Результаты исследования позволили открыт дверь для использования поразительных свойств черного фосфора в ряде электронных и оптоэлектронных устройств.
Ключевым материалом в области новых технологий является черный фосфор, стабильный аллотроп фосфора, представляющий собой слоистую структуру, аналогичную графиту, недавно привлекшую внимание физиков и исследователей материалов. Имеется возможность получения из него отдельных атомных слоев, которые исследователи называют двумерным фосфаном. Являясь аналогом широко разрекламированного графена, двумерный фосфан объединяет два очень востребованных свойства конструкции прибора.
Во-первых, двумерный фосфан является полупроводниковым материалом, который обеспечивает необходимые характеристики для принятия транзисторов и процессоров. Благодаря высокой подвижности, двумерный фосфан может стать основой для электроники, имеющей как высокую производительность и низкую стоимость.
Кроме того, этот новый материал имеет вторую, еще более отличительную характеристику: его взаимодействие со светом зависит от числа используемых атомных слоев. Один монослой будет излучать красный свет, в то время как более толстый образец будет излучать инфракрасный диапазоне. Этот вариант дает возможность производить широкий спектр оптоэлектронных приборов, таких как лазеры или детекторы, в стратегической фракции электромагнитного спектра.
До сих изучение свойств двумерного фосфана замедлялось серьезной проблемой: в условиях окружающей среды очень тонкие слои материала будут деградировать, несмотря на его многообещающий потенциал.
Исследовательская группа сделала большой шаг вперед за счет определении физических механизмов этой деградации, а также выявила ключевые элементов, которые приводят к окислению слоев. Результатом открытия стало предотвращение деградации одноатомных слоев двумерного фосфана.
«Мы показали, что двумерный фосфан подвергается окислению в условиях окружающей среды, вызванным совместным присутствием кислорода, воды и света. Мы также охарактеризовали эволюцию явления с течением времени с помощью электронно-лучевой спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния», сообщает профессор Ричард Мартел из университета Монреаля.
Далее, исследователи разработали эффективную процедуру получения этих очень хрупких одноатомных слоев и оставили их нетронутыми.
«Мы были в состоянии изучить режимы вибрации атомов в этом новом материале. Поскольку ранние исследования были проведены на сильно деградированных материалах, мы выявили пока еще не подозреваемые эффекты квантования на режимах вибрации атомов», отмечает профессор Себастьен Франкер из отдела инженерной физики.
Результаты исследования помогут мировому научному сообщество разработать особые свойства двумерного фосфана с целью разработки новых нанотехнологий, которые могут привести к возникновению высокопроизводительных микропроцессоров, лазеров и солнечных батарей.
|
