Kemisk stabiliserende atomisk flade materialer forbedrer deres potentiale for kommerciel anvendelse

To-dimensionelle materialer kunne understøtte en ny familie af fleksible, elektroniske enheder med lav effekt men deres succes afhænger af, at lagene er kemisk stabile. A*STAR-forskere viser nu, at et 2-D-materiale, phosphoren, kan stabiliseres med det rigtige valg af underlag og et elektrisk felt.

Graphene, et enkelt lag carbonatomer, fortjener sit ry som et supermateriale; det er stærkt, hårdt, lys, har fremragende elektroniske og termiske egenskaber. Det er det arketypiske 2-D materiale. For nylig har forskere skabt enkeltlag af andre materialer - tin, germanium, bor, silicium og fosfor - med deres egne signaturegenskaber. For eksempel, mens grafen er et halvmetal uden et båndgab, phosphoren er en halvleder som silicium, hvilket gør det nyttigt til elektroniske enheder. Imidlertid, fosfor har en berygtet ulempe:materialet oxiderer i luft, og dets kvalitet forringes hurtigt.

På jagt efter en levedygtig tilgang til at overvinde dette, Junfeng Gao og kolleger fra A*STAR Institute of High Performance Computing bruger beregninger af første principper til at demonstrere, at anbringelse af phosphoren på et molybdæn-diselenidsubstrat og anvendelse af et lodret elektrisk felt drastisk kan øge dets modstandsdygtighed over for oxidation.

"Interaktionen og ladningsoverførslen mellem substrat og phosphoren kan indstilles af et eksternt elektrisk felt, forårsager en ændring i overfladeaktivitet og undertrykker oxidationen af ​​phosphoren, "forklarer Gao.

Deres undersøgelse viser, at den dominerende proces, der er involveret i nedbrydning af phosphoren i luften, er absorptionen af ​​ilt. Den hurtige oxidation af fritstående phosphoren under omgivelsesbetingelser skyldes en lav energibarriere for iltabsorption på ca. 0,57 elektronvolt:oxidation kan forekomme på mindre end et minut.

Når denne analyse gentages med phosphoren overliggende molybdæn -diselenid, energibarrieren er meget højere. Såvel, modellen viser, at tilstedeværelsen af ​​molybdæn -diselenidsubstratet muliggør en mere effektiv afstemning af phosphorens egenskaber med et elektrisk felt. Dette øger oxidationsenergibarrieren yderligere. Under et passende lodret elektrisk felt, barrieren kan stige til 0,91 elektronvolt. Denne levetid for phosphoren mod oxidation kan være 105 gange større end den uden behandling.

Gaos tilgang til at opnå luftstabil phosphoren kan i høj grad fremme dets anvendelse i praktiske apparater. "Vi vil undersøge flere substrater for deres evne til at stabilisere phosphoren, "siger Gao." Især vi vil finde ud af, om et sådant substrat er egnet til epitaksial vækst af phosphoren. "