2020年11月6日
蓝磷是一种原子薄的合成半导体，一旦变成双层就会变成金属。
国际研究小组通过高性能计算机进行高度精确的计算，模拟了蓝磷的双层弯曲蜂窝结构。该化合物非常稳定，由于两层之间的距离非常小，它具有金属性质。图片来源:杰西卡·阿库迪亚。
这一发现是由一个跨学科研究小组在Thomas Heine教授的指导下完成的你德累斯顿以及墨西哥Cinvestav Merida研究所的Gabriel Merino教授。
研究人员是第一批提出开发纳米级、只有一种元素的高效晶体管潜力的人。
这些调查的结果作为一篇重点文章发表在最新一期的物理评论快报日报》。
磷是一种化学元素，被认为是生命最重要的元素之一。磷化合物与生物体的结构和功能密切相关。每个人体内大约携带1公斤磷。然而，即使在体外，人们在日常生活中也会被磷酸盐和磷酸盐包围:在食物、肥料、洗涤剂或药物中。
磷以许多不同的形式存在，具有极其不同的性质。在常规条件下，可以发现黑磷、红磷、紫磷和白磷之间的差异。2014年，密歇根州立大学的一组研究人员通过计算预测出了“蓝磷”，这种物质可以在两年后通过实验合成。
蓝磷据说是一种二维(2D)材料。它的单层蜂窝状结构与我们熟知的二维材料石墨烯相似。
与它著名的前身类似，它后来也被称为蓝色磷。从那时起，这种新型半导体材料被作为光电器件的高潜力候选材料进行了探索。
在与墨西哥研究人员的合作中，德国德累斯顿理工大学的化学家Thomas Heine教授最近有了一个特别的发现:他们利用拓扑概念，通过高性能计算机的高度精确计算，计算出了一种极其稳定的蓝色磷双层弯曲蜂窝结构。
这种双层化合物趋于高度稳定。研究人员出乎意料地发现，由于两层之间的距离非常小，它具有金属性质。
与所有组件类似，这些设备必须提供电源，电源通常通过金属电极进入材料。金属-半导体界面的能量损失是不可避免的，这种效应被称为肖特基势垒。
作为一层，蓝磷充当半导体;然而，作为双层，它应该是金属的。金属二维材料非常罕见，这欧洲杯足球竞彩是首次发现一种具有半导体-金属过渡的纯元素材料，从单分子层到双分子层。
因此，只用一种化学元素就可以制成用于光电池或晶体管的光电或电子元件。由于在这种器件中，金属和半导体之间不存在界面，因此肖特基势垒大大降低，可以预期更高的效率。
想象一下，你把两层纸叠在一起，突然，两层纸就像金箔一样闪闪发光。这正是我们对蓝色磷的预测。这项工作强调了基础研究中跨学科的重要性。利用拓扑数学模型和理论化学，我们能够在计算机上设计一种新材料，并预测其物理性质。展望了其在纳米和光电子领域的应用前景．
Thomas Heine，德累斯顿大学教授
为了在基础研究中实现这些潜在的成果，第一作者Jessica Arcudia来自墨西哥，已经被授予LatinXChem海报奖和ACS总统奖。
这位年轻的化学家是2018年Thomas Heine研究团队的客座学生，她的博士生导师Gabriel Merino教授也曾在Thomas Heine研究团队工作过。
期刊引用:
Arcudia, J。等．(2020)蓝色Phosphorene双层膜是一种二维金属，是一种明确的六方双层膜分类方案。物理评论快报．doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.196401．
来源:https://tu-dresden.de/