Fosforenul a fost introdus ca alternativă pentru grafen

DENVER — Fosforul s-a alăturat carbonului ca singurele elemente care trebuie separate în foi de fiecare atom de grosime, au anunțat cercetătorii pe 7 martie la o reuniune a Societății Americane de Fizică. Materialul ultrasubțire nou fabricat, numit fosforen, s-ar putea dovedi superior față de omologul său popular de carbon pentru utilizarea în electronicele de generație următoare.

Grafenul, care constă dintr-un fagure plat de atomi de carbon, a fost iubitul oamenilor de știință din materiale din 2004. Atunci Andre Geim și Kostya Novoselov au desprins foi de grafit cu bandă scotch, un pas simplu care a produs grafen și a fost recompensat cu Premiul Nobel pentru Fizică 2010 (SN Online: 10/5/10). Printre proprietățile remarcabile ale grafenului se numără faptul că poate transfera electronii rapid, în timp ce se încălzește cu greu, ceea ce i-a determinat pe unii oameni de știință să prezică că ar putea înlocui siliciul în computere și alte componente electronice.

Cu toate acestea, grafenul are un defect major și poate fatal: este dificil să se întoarcă oprit fluxul de electroni. Siliciul este un semiconductor, permițând tranzistorilor din cipurile computerului să pornească și să oprească curentul electric; grafenul este un conductor direct. Drept urmare, unii fizicieni spun că este timpul să căutăm alte materiale subțiri care împărtășesc proprietățile atractive ale grafenului, dar sunt semiconductori. „Grafenul este frumos, interesant și inutil”, spune David Tománek, un fizician al materiei condensate la Universitatea de Stat Michigan din East Lansing.

În timp ce unii oameni de știință au trecut la compuși precum disulfura de molibden, colegul lui Tománek, Peide Ye, un fizician al materiei condensate la Universitatea Purdue din West Lafayette, Ind., a păstrat totul simplu. El a decis să exploreze fosforul negru, o varietate stabilă a elementului care se formează la temperaturi și presiune ridicate. A început prin a cumpăra o bucată de pe eBay.

Ye, Tománek și echipa lor au măsurat proprietățile probei și le-au conectat în ecuații pentru a prezice cum se vor comporta straturile subțiri ale materialului. Analiza a sugerat că fosforenul ar transporta sarcina mai bine decât siliciul (deși nu la fel de bine ca grafenul); cel mai important, ar fi un semiconductor.

Apoi, cercetătorii au trecut de la teorie la experiment. Împrumuțând metoda benzii Scotch de la fabricarea grafenului, cercetătorii au izolat straturile de fosfor cu o grosime de doar câțiva atomi și le-au folosit pentru a modela tranzistoare. Apoi, în decembrie, Ye a reușit să exfolieze foi de doar un atom grosime.

Cercetătorii par intrigați, dar sceptici cu privire la noul material. „Nimic nu se apropie cu adevărat de grafen” într-o varietate de proprietăți, spune inginerul chimist MIT Michael Strano, subliniind vitezele inferioare de transport a încărcăturii fosforenului. Dar el adaugă că orice material nou cu o combinație unică de proprietăți este interesant. Fosforenul ar putea fi util ca bloc Lego bidimensional care se poate stivui cu grafen, sulfură de molibden sau alte materiale subțiri pentru a obține proprietăți electronice distincte.

Între timp, Ye și Tománek încă studiază noul material și află cum ar putea fi util. Foile lor groase de un atom conțin atomi de fosfor așezați în creste hexagonale, spre deosebire de fagurii complet plate ai grafenului. În timpul unei prezentări din 5 martie, studentul absolvent al lui Tománek, Zhen Zhu, a împărtășit cercetări care prezic că fosforul poate exista într-o altă structură stabilă, stratificată numită fosfor albastru, oferind încă un material cu care să te joci. Ye intenționează să producă fosfor albastru, în timp ce desfășoară experimente care testează performanța fosforenului obținut din fosfor negru.