Mustan fosforin virittämistä

Yalen yliopiston vetämän tutkimusryhmän äskettäin tekemän löytö mustan fosforin kaistaeron virittämisessä voisi tehdä materiaalista kiinnostavan korvaajan piille elektroniikan parissa.

Kun pii saavuttaa rajansa vain muutaman atomikerroksen paksuudessa, musta fosfori voisi vauhdittaa uuden sukupolven pienempiä laitteita, joustavaa elektroniikka ja nopeampia transistoreita, toteavat tutkijat.

Se johtuu kahdesta keskeisestä ominaisuudesta. Yksi on, että mustalla fosforilla on suurempi liikkuvuus kuin piillä ja toinen, että sillä on suhteellisen suuri kaistaero (2 eV).

Energiaraon virittäminen ohutkalvoisessa mustassa fosforissa tuottaa selvästi erilaiset ominaisuudet kuin esimerkiksi kaksikerroksisissa TMDC-materiaaleissa, kuten MoS2:ssa. Siten löytää tapa hallita mustan fosforin kaistaeroa on kriittinen, jotta voi ymmärtää sen mahdollisia sovelluksia.

Tässä työssä tutkijat havaitsivat että materiaalin kaistaero on kaikkein hallittavin tietyllä paksuudella. Käyttämällä pystysuuntaista sähkökenttää materiaaliin kyseisellä paksuudella, tutkijat voivat ”säätää” kaistaeroa, niin että se lähes sulkeutuu.

Esimerkiksi 10 - 15 nanometrin kalvopaksuus voi olla optimaalinen optoelektronisissa sovelluksissa. Se avaa sellaisia potentiaalisia sovelluksia kuten kuvantamisen työkalut, pimeänäkölaitteet, keski-infrapunan optiset modulaattorit, on-chip spektroskopian työkalut ja muut optoelektroniikan teknologiat.

”Ennen tätä tutkimusta mustan fosforin kaistaeroa ei voitu dynaamisesti säätää, mikä rajoittaa sen sovelluksia optoelektroniikassa”, toteaa tutkimuksen vetäjä Bingchen Deng.

Deng totesi myös, että säädettävä kaistaero tarkoittaa, että mustaa fosforia voidaan mahdollisesti käyttää topologisena eristeenä, materiaali, jolla on epätavallinen kyky toimia sekä eristeenä että johtimena.

Tutkijat ovat erityisen kiinnostuneita topologisista eristeistä, koska ne voisivat olla avainasemassa kehitettäessä pienitehoista elektroniikka, jossa pinnalla olevat elektronit eivät kärsi sironnasta.

Aiheesta aiemmin:

Musta fosfori paljastaa salaisuutensa

Optista viestintää ja signaalinkäsittelyä