Forstå hvordan fladt fosfor vokser

Døren til at udvikle overlegne elektroniske enheder, såsom fleksible kredsløb, er blevet skubbet åbent af A*STAR-forskernes modellering af mulige metoder til at fremstille en af ​​de afgørende ingredienser.

Fosforen er en todimensionel (2D) form af grundstoffet fosfor. På trods af at de har elektroniske egenskaber, der er overlegne i forhold til andre 2D-materialer, såsom grafen (2D-carbon) og silicen (2D-silicium), phosphorens potentiale for anvendelse i højtydende enheder har været begrænset af, hvor svært det er pålideligt at producere kommercielt levedygtige mængder af det i store, tynd, højkvalitets nanoarkform.

På nuværende tidspunkt phosphoren kan kun opnås ved mekanisk og kemisk eksfoliering af sort fosfor, hvilket er dyrt og giver lave udbytter af ujævne film. Andre 2D-materialer såsom grafen og molybdændisulfid kan dyrkes direkte ved hjælp af kemisk dampaflejring og fysisk dampaflejring, men der findes ingen sådanne metoder til at dyrke phosphoren.

Den nye model udviklet af Junfeng Gao og kolleger fra A*STAR Institute of High Performance Computing vil gøre det muligt for forskere at tackle dette udfordrende tekniske problem ved at vælge de bedste procesbetingelser for vækst af store størrelser, højkvalitets phosphoren direkte på en overflade.

Gao og teamet forsøgte at finde den bedste måde at dyrke enkeltlag af phophoren af ​​høj kvalitet direkte på en overflade ved at modellere effekten af ​​forskellige substrater på væksten af ​​en phosphorenflage, der kun indeholder 27 atomer.

"Stabiliteten af ​​den voksende nanoflake er meget følsom over for substratet og afgørende for dens fortsatte vækst, " forklarer Gao. "Hvis interaktionsstyrken er for svag, substratet får flaget til at spænde; men hvis interaktionen er for stærk, de indre bindinger mellem phosphorenatomerne vil bryde, og der kan dannes en legering."

Forskerne sammenlignede effekten af ​​to forskellige substrater på væksten af ​​phosphoren-nanoflaken - et kobbersubstrat, almindeligvis brugt til dyrkning af grafen, som binder sig til phosphoren gennem stærke kemiske processer, og et hexagonalt hydrogenbornitrid (h-BN)-substrat, der kobles med phosphorenet via svage van der Waals-bindinger.

Kobbersubstratet fik nanoflaken til at knække, hvorimod h-BN ikke var i stand til at stabilisere sin flade struktur. Ved at øge styrken af ​​bindingen mellem nanoflaken og h-BN-substratet, deres simuleringer viste, at 2D-væksten af ​​phosphoren blev opretholdt. "Vores arbejde er det første forsøg på at udforske den direkte vækst af fosfor og giver vejledning i søgningen efter egnede substrater, " siger Gao.