Nature Communications เผยแพร่ผลการศึกษาของบราซิลเรื่องฟอสฟอรัสดำ

วารสารการสื่อสารทางธรรมชาติระหว่างประเทศ Nature Communications ซึ่งเป็นกลุ่มสำนักพิมพ์ใหญ่ Nature Publishing Group ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 14 กรกฎาคมเป็นบทความที่รวบรวมกลุ่มชาวบราซิลหลายกลุ่มและรายงานการวิจัยใหม่เกี่ยวกับฟอสฟอรัสดำ - วัสดุนาโนซึ่งประกอบด้วยใบซ้อนฟอสฟอรัสสองมิติ .

ด้วยการมีส่วนร่วมของศ ดร. Christiano JS de Matos นักวิจัย MackGraphe - ศูนย์วิจัยขั้นสูงเกี่ยวกับ Graphene, Nanomaterials และนาโนเทคโนโลยีที่ Mackenzie Presbyterian University และอีกแปดผู้เชี่ยวชาญเรื่องจาก MackGraphe ตัวเองและ Unesp, Unicamp, UFMG และมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ การศึกษาค้นพบคุณสมบัติที่ไม่ทราบมาก่อนของฟอสฟอรัสดำและอาจนำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์นาโนประสิทธิภาพสูง

ตั้งแต่การแยกแกรฟีนในปี 2004 และการสาธิตศักยภาพสำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์นั้นนักวิจัยหลายคนได้มุ่งเน้นไปที่การหาวัสดุนาโนอื่น ๆ ที่มีความหนาของอะตอมไม่กี่ด้วยคุณสมบัติที่คล้ายกันหรือเสริม คนสุดท้ายที่จะเข้าร่วมคลับไฮเทคที่เลือกนี้คือฟอสฟอรัสดำ

ค้นพบในปี 1914 วัสดุไม่พบในธรรมชาติและได้รับการศึกษาต่ำกว่าศตวรรษแรกหลังจากการค้นพบ อย่างไรก็ตามมีความสนใจในการระเบิดในปี 2014 เมื่อมันแสดงให้เห็นว่าวิธีการขัดผิวเชิงกลด้วยเทปกาว (แบบเดียวกับที่ใช้ในการแยกแกรฟีนเป็นครั้งแรก) สามารถใช้เพื่อให้ได้ฟอสฟอรัสดำที่มีความหนาอะตอมน้อย .

ภาพด้านบนแสดงด้วยทองคำที่ศึกษาจากผลึกฟอสฟอรัสดำชั้นดี บนผลึกจะแสดงในรูปแบบของระดับสีความเข้มของการสั่นของอะตอมที่มีลักษณะที่ไม่คาดคิด (สีน้ำเงินเข้มหมายถึงความเข้มต่ำกว่าและความเข้มสูงกว่าสีแดง) การสั่นสะเทือนที่ผิดปกติเหล่านี้พบได้ที่ขอบของคริสตัลทำให้มีลักษณะแปลกประหลาด

ต่างจากกราฟีนแผ่นฟอสฟอรัสดำแผ่นเดียวที่รู้จักกันในชื่อฟอสฟอรีนมีโครงสร้าง "หีบเพลง" (ดูตารางด้านล่าง) ซึ่งแตกต่างจากกราฟีน (ซึ่งเป็นตัวนำที่ดีเยี่ยม) ฟอสฟอเรนเป็นสารกึ่งตัวนำซึ่งเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่มีการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญ นอกจากนี้ลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ของฟอสฟอรัสดำนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนชั้นของสารนี้

ตามที่ศาสตราจารย์ Christiano de Matos คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ฟอสฟอรัสดำเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มอย่างมากสำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตเช่นในทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เชิงตรรกะที่จำเป็นในระบบดิจิตอล ในเครื่องตรวจจับแสงเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าในระบบการสื่อสารด้วยแสง (ใยแก้วนำแสง) หรือเซลล์แสงอาทิตย์ และตัวปล่อยแสงแบบใหม่สำหรับการสื่อสารด้วยแสง ดังนั้นแกรฟีนและฟอสฟอรัสดำเป็นส่วนประกอบเสริมไม่ใช่การแข่งขันในแง่ของการใช้งานและการใช้งานและอาจใช้ร่วมกัน

การศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้กำลังบุกเบิกเนื่องจากเป็นครั้งแรกที่ระบุว่าผ่านการคำนวณและเทคนิคในห้องปฏิบัติการว่าการสั่นของอะตอมของวัสดุนี้ทำงานโดยไม่คาดคิดและแตกต่างจากที่สังเกตได้ไกลจากขอบ การศึกษายังแสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมนี้ไม่ได้สังเกตเห็นในกราฟีนเป็นผลมาจากการบิดเบือนของผลึกคริสตัลที่อยู่ใกล้กับขอบ เนื่องจากการสั่นสะเทือนแบบอะตอมมิกของวัสดุเกี่ยวข้องกับการกำเนิดและการกระจายความร้อนการศึกษาจะช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าการกระจายความร้อนในวัสดุใหม่นี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของอิเล็กทรอนิกส์ สีดำ

ส่วนการทดลองของการวิจัยได้ดำเนินการที่ MackGraphe โดยใช้เทคนิค Raman Spectroscopy ซึ่งสามารถวิเคราะห์คุณสมบัติอะตอมและโมเลกุลของวัสดุได้อย่างแม่นยำ MackGraphe เป็นหนึ่งในสเปคโทรรามันที่ทันสมัยที่สุดในประเทศ มาพร้อมกับทรัพยากร FAPESP อุปกรณ์มีความไวสูงมากและความสามารถในการวิเคราะห์อย่างกว้างขวางด้วยความเร็วสูง

แผ่นกระดาษที่มีการออกแบบของอะตอมที่จัดเรียงในโครงสร้างคล้ายรังผึ้งแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างทางเรขาคณิตระหว่าง graphene และ phosphorene (ชั้นหนึ่งของฟอสฟอรัสดำ) ในกราฟีน (ซ้าย) อะตอมคาร์บอนทั้งหมดอยู่ในระนาบเดียวกันก่อตัวเป็นแผ่นที่ยืดออก ในฟอสโฟรีน (ขวา) แผ่นของฟอสฟอรัสอะตอมมีโครงสร้างคอนแชร์ติน่าราวกับพับเป็นโอริกามิทำให้มีคุณสมบัติเป็นวัสดุแอนไอโซทรอปิก

ทางที่ปรึกษา