En los últimos dos años, el fosforeno ha atraído una mayor atención debido a su potencial en electrónica delgada y flexible. Y debido a que es naturalmente un semiconductor, el fosforeno es prometedor cuando el material milagroso grafeno se queda corto.
"Ha habido un intento de una década de hacer semiconductores de grafeno", dijo Mark Hersam de la Universidad de Northwestern. "Nuestro grupo y otros han tratado de hacerlo con un éxito limitado. Entonces, ¿por qué no usar un material que ya es un¿semiconductor?"
Para que el fosforeno alcance su máximo potencial, debe ser increíblemente delgado, preferiblemente a escala atómica. Hasta ahora, los investigadores han experimentado dificultades para exfoliar escamas atómicamente delgadas a partir del material a granel, llamado fósforo negro, de forma rápiday de manera eficiente. Hersam, sin embargo, puede haber resuelto este problema. Su grupo desarrolló recientemente un método que resulta en un rendimiento de exfoliación sustancialmente mayor y escamas mucho más delgadas que los esfuerzos anteriores.
Con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Naval, la investigación se describe en línea en la edición del 18 de abril de Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Joohoon Kang, un estudiante graduado en el laboratorio de Hersam, es el primer autor del estudio.
Después de exfoliarse del fósforo negro, el fosforeno tiene propiedades electrónicas y mecánicas dramáticamente diferentes de su material original. No solo las capas bidimensionales atómicamente delgadas son potentes semiconductores, sino que también emiten luz de manera eficiente, lo que sugiere oportunidades para la optoelectrónica.
"Graphene nos enseñó que el método más escalable era exfoliar en una solución", dijo Hersam, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Walter P. Murphy en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Usted comienza con un solvente y luego agrega grafito yun tensioactivo. Después de introducir energía a través de la sonicación, puede exfoliar el grafito a grafeno. Parece obvio que el mismo enfoque funcionaría con fosforeno. La diferencia, sin embargo, es que el fosforeno es muy reactivo químicamente, lo que requiere cambios importantes en el protocolopara lograr la exfoliación sin degradación "
Cuando se expone al aire libre, la reactividad química del fosforeno conduce a un rápido deterioro. El resultado sugiere que los componentes del aire, como el agua y el oxígeno, provocan degradación y deben evitarse. En consecuencia, Hersam inicialmente evitó este problema exfoliandocon solventes orgánicos en un ambiente cerrado, sin aire y sin agua.
"El problema con el enfoque del solvente orgánico es que es muy ineficiente", dijo. "Da como resultado un bajo rendimiento de exfoliación y escamas que son relativamente gruesas".
El avance se produjo cuando Hersam y su equipo se dieron cuenta, después de un año de estudiar el proceso de degradación, que el fosforeno se degrada en presencia de agua y oxígeno juntos. Al burbujear un gas inerte a través del agua, Hersam lo desoxigeno para crear undisolvente acuoso para exfoliar el fósforo negro que evita la degradación. Después de sonicar el fósforo negro en una mezcla de agua desoxigenada y tensioactivos, encontró un rendimiento de exfoliación sustancialmente mayor y escamas mucho más delgadas que alcanzaron el límite atómicamente delgado.
Además de proporcionar materiales de fosforeno superiores, el método utiliza agua ambientalmente benigna comúnmente disponible en lugar de solventes orgánicos.
"Tomamos los copos exfoliados resultantes y los transistores fabricados de ellos", dijo Hersam. "Las métricas del dispositivo estaban entre las mejores reportadas para cualquier fosforeno exfoliado, confirmando así que habíamos aislado material de alta calidad de manera escalable sin degradación."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Amanda Morris. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :