Nature Communications offentliggør brasiliansk undersøgelse af sort fosfor

Den internationale videnskabelige tidsskrift Nature Communications fra den største forlagsgruppe Nature Publishing Group offentliggjorde den 14. juli en artikel, der samler flere brasilianske grupper og rapporterer ny forskning om sort fosfor - et nanomateriale bestående af stabling af to-dimensionelle fosforblade. .

Med deltagelse af prof. Dr. Christiano JS de Matos, MackGraphe-forsker - Center for avanceret forskning på grafen, nanomaterialer og nanoteknologi ved Mackenzie Presbyterian University og otte andre fageksperter fra MackGraphe selv og Unesp, Unicamp, UFMG og National University of Singapore universiteter undersøgelsen afdækker en tidligere ukendt egenskab ved sort fosfor og kan bidrage til udviklingen af ​​nanodele med høj ydeevne.

Siden isoleringen af ​​grafen i 2004 og demonstrationen af ​​dets potentiale for elektroniske og optoelektroniske applikationer, har mange forskere fokuseret på at finde andre nanomaterialer med et par atomtykkelser med lignende eller komplementære egenskaber. Den sidste, der kom med i denne udvalgte high-tech klub er sort fosfor.

Materialet blev opdaget i 1914 og findes ikke i naturen og blev dårligt undersøgt i det første århundrede efter opdagelsen. Interessen for det eksploderede imidlertid i 2014, da det blev demonstreret, at den mekaniske eksfolieringsmetode med et klæbebånd (det samme, der blev brugt til at isolere grafen for første gang), kunne bruges til at opnå sort fosfor med få atomtykkelser. .

Billedet ovenfor viser i guld den studerede fine sorte fosforkrystall. På krystallen vises i form af en farveskala intensiteten af ​​atomvibrationer med uventede karakteristika (mørkeblå repræsenterer lavere intensitet og rød højere intensitet). Disse usædvanlige vibrationer observeres at være koncentreret ved kanterne af krystallen, hvilket giver dem særlige karakteristika.

I modsætning til grafen har et enkelt ark sort fosfor, kendt som phosphoren, en "harmonika" -struktur (se tabel nedenfor). I modsætning til i grafen (som er en fremragende leder), er phosphoren en halvleder, en type materiale med vigtige elektroniske applikationer. Derudover afhænger de elektroniske egenskaber ved sort fosfor meget af antallet af lag af dette materiale.

Ifølge professor Christiano de Matos gør disse egenskaber sort fosfor til et ekstremt lovende materiale til fremtidige elektroniske og optoelektroniske applikationer, for eksempel i transistorer, der udfører de nødvendige logiske funktioner i digitale systemer; i lysdetektorer, der transformerer lysenergi til elektrisk strøm i optiske kommunikationssystemer (optisk fiber) eller fotovoltaiske celler; og i nye lysemittere til optisk kommunikation. Grafen og sort fosfor er således komplementære, ikke konkurrerende, hvad angår anvendelse og anvendelse og kan endda bruges sammen.

Den nyligt offentliggjorte undersøgelse er banebrydende, fordi det er den første, der ved hjælp af computerteknologi og laboratorieteknikker identificerer, at atomernes vibrationer opfører sig uventet og forskellige fra dem, der er observeret langt fra kanterne. Undersøgelsen viser også, at denne opførsel, ikke observeret i grafen, er en konsekvens af forvrængningen af ​​krystalgitteret nær kanterne. Da atomvibrationer af et materiale er relateret til varmegenerering og spredning, vil undersøgelsen bidrage til en bedre forståelse af, hvordan varme spredes i dette nye materiale, hvilket vil være meget vigtigt for optimeringen af ​​fosforbaserede elektroniske og optoelektroniske nanodiveauer. sort.

Den eksperimentelle del af forskningen blev udført ved MackGraphe under anvendelse af Raman-spektroskopiteknikken, der var i stand til nøjagtigt at analysere de atomære og molekylære egenskaber af materialerne. MackGraphe har en af ​​de mest moderne Raman-spektrometre i landet. Erhvervet med FAPESP-ressourcer har udstyret meget høj følsomhed og evnen til at udføre omfattende analyser i høj hastighed.

Papirarket med design af atomer arrangeret i en bikagelignende struktur illustrerer de geometriske forskelle mellem grafen og fosforen (et enkelt lag sort fosfor). I grafen (til venstre) er carbonatomerne alle i samme plan og danner et strakt ark. I fosforen (til højre) har fosforatomerarket en concertina-struktur, som om den er foldet som en origami, hvilket giver materialet anisotrope egenskaber.

Via rådgivende