Nature Communications công bố nghiên cứu của Brazil về phốt pho đen

Tạp chí khoa học quốc tế Nature Communications, thuộc nhóm xuất bản lớn Nature Publishing Group, đã xuất bản vào ngày 14 tháng 7, một bài báo tập hợp nhiều nhóm người Brazil và báo cáo nghiên cứu mới về phốt pho đen - một vật liệu nano bao gồm lá photpho hai chiều. .

Với sự tham gia của GS. Tiến sĩ Christiano JS de Matos, Nhà nghiên cứu MackGraphe - Trung tâm nghiên cứu nâng cao về graphene, vật liệu nano và công nghệ nano tại Đại học Mackenzie Presbyterian và tám chuyên gia về chủ đề khác từ chính MackGraphe và Unesp, Unicamp, UFMG và Đại học Quốc gia Singapore, nghiên cứu đã phát hiện ra một đặc tính chưa biết trước đây của phốt pho đen và có thể đóng góp vào sự phát triển của các nanodevit hiệu suất cao.

Kể từ khi tách graphene năm 2004 và chứng minh tiềm năng của nó cho các ứng dụng điện tử và quang điện tử, nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc tìm kiếm các vật liệu nano khác có độ dày một vài nguyên tử có tính chất tương tự hoặc bổ sung. Người cuối cùng tham gia câu lạc bộ công nghệ cao chọn lọc này là phốt pho đen.

Được phát hiện vào năm 1914, vật liệu này không được tìm thấy trong tự nhiên và được nghiên cứu kém trong thế kỷ đầu tiên sau khi khám phá. Tuy nhiên, sự thú vị của nó đã bùng nổ vào năm 2014, khi người ta chứng minh rằng phương pháp tẩy da chết cơ học bằng băng dính (lần đầu tiên được sử dụng để cô lập graphene) có thể được sử dụng để thu được phốt pho đen với độ dày nguyên tử. .

Hình ảnh trên cho thấy bằng vàng tinh thể phốt pho đen tốt được nghiên cứu. Trên tinh thể được hiển thị, dưới dạng thang màu, cường độ dao động nguyên tử với các đặc tính không mong muốn (màu xanh đậm biểu thị cường độ thấp hơn và cường độ đỏ cao hơn). Những rung động bất thường này được quan sát là tập trung ở các cạnh của tinh thể, mang lại cho chúng những đặc điểm kỳ dị.

Không giống như graphene, một tấm phốt pho đen, được gọi là phốt pho, có cấu trúc "accordion" (xem bảng dưới đây). Cũng không giống như graphene (là một chất dẫn tuyệt vời), phosphorene là một chất bán dẫn, một loại vật liệu với các ứng dụng điện tử quan trọng. Ngoài ra, các đặc tính điện tử của phốt pho đen phụ thuộc rất nhiều vào số lượng lớp của vật liệu này.

Theo giáo sư Christiano de Matos, những đặc điểm này làm cho phốt pho đen trở thành một vật liệu cực kỳ hứa hẹn cho các ứng dụng điện tử và quang điện tử trong tương lai, ví dụ như trong bóng bán dẫn, thực hiện các chức năng logic cần thiết trong các hệ thống kỹ thuật số; trong các máy dò ánh sáng, biến đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện trong các hệ thống thông tin quang (sợi quang) hoặc tế bào quang điện; và trong các bộ phát sáng mới cho thông tin quang. Do đó, graphene và phốt pho đen là bổ sung, không cạnh tranh, về mặt sử dụng và ứng dụng, và thậm chí có thể được sử dụng cùng nhau.

Nghiên cứu được công bố gần đây là tiên phong vì đây là nghiên cứu đầu tiên xác định, thông qua các kỹ thuật tính toán và trong phòng thí nghiệm, rằng các rung động nguyên tử của vật liệu này hoạt động bất ngờ và khác biệt so với các quan sát ở xa rìa. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hành vi này, không được quan sát trong graphene, là hậu quả của sự biến dạng của mạng tinh thể gần các cạnh. Do các rung động nguyên tử của vật liệu có liên quan đến sự sinh nhiệt và tản nhiệt, nghiên cứu sẽ góp phần hiểu rõ hơn về cách nhiệt được tiêu tan trong vật liệu mới này, điều này sẽ có tầm quan trọng lớn đối với việc tối ưu hóa các vật liệu nano điện tử và quang điện tử. màu đen.

Phần thử nghiệm của nghiên cứu được thực hiện tại MackGraphe bằng kỹ thuật quang phổ Raman, có thể phân tích chính xác các tính chất nguyên tử và phân tử của vật liệu. MackGraphe có một trong những máy quang phổ Raman hiện đại nhất trong cả nước. Có được tài nguyên FAPESP, thiết bị có độ nhạy rất cao và khả năng thực hiện các phân tích sâu rộng ở tốc độ cao.

Các tờ giấy, với thiết kế các nguyên tử được sắp xếp theo cấu trúc giống như tổ ong, minh họa sự khác biệt hình học giữa graphene và phosphorene (một lớp phốt pho đen). Trong graphene (trái), các nguyên tử carbon đều nằm trong cùng một mặt phẳng, tạo thành một tấm trải dài. Trong photphorene (phải), các nguyên tử phốt pho có cấu trúc concina, như thể được gấp lại như một origami, tạo ra các đặc tính dị hướng.

Thông qua tư vấn