Blåt fosfor - kortlagt og målt for første gang

Indtil for nylig, eksistensen af ​​'blå' fosfor var ren teori. Nu, et HZB -team har undersøgt prøver af blåt fosfor på BESSY II for første gang og kortlagt deres elektroniske båndstruktur. De rapporterer, at det repræsenterer en eksotisk fosformodifikation. Blåt fosfor er en interessant kandidat til nye optoelektroniske enheder.

Fosfor findes i forskellige allotroper og ændrer dets egenskaber med hver ny form. Indtil nu, rød, violet, hvidt og sort fosfor er blevet rapporteret. Mens nogle fosforforbindelser er afgørende for livet, hvidt fosfor er giftigt og brandfarligt.

Nu, en anden allotrop er blevet identificeret. I 2014, et team fra Michigan State University i USA udførte modelberegninger for at forudsige, at blåt fosfor også skulle være stabilt. I denne form, fosforatomerne arrangeres i en bikage struktur, der ligner grafen. Imidlertid, strukturen er ikke helt flad, men regelmæssigt spændt. Modelberegninger viste, at blåt fosfor ikke er en snæver halvleder som sort fosfor i hoveddelen, men besidder egenskaberne af en halvleder med et ret stort båndgab på to elektronvolt. Denne store kløft, som er syv gange større end i bulk sort fosfor, er vigtig for optoelektroniske applikationer.

I 2016, blå fosfor blev med succes stabiliseret på et guldsubstrat ved fordampning. Alligevel, det er først for nylig blevet rapporteret, at det resulterende materiale faktisk er blåt fosfor. Til denne ende, et team fra HZB omkring Evangelos Golias undersøgte materialets elektroniske båndstruktur på BESSY II. De var i stand til at måle ved vinkelopløst fotoelektronspektroskopi fordelingen af ​​elektroner i dets valensbånd, indstilling af den nedre grænse for båndgabet for blåt fosfor.

De fandt ud af, at P -atomerne ikke arrangerer uafhængigt af guldsubstratet, men forsøger at tilpasse sig afstanden mellem Au -atomerne. Dette forvrænger den bølgede bikagegitter på en regelmæssig måde, hvilket igen påvirker elektronernes adfærd i blåt fosfor. Som resultat, toppen af ​​valensbåndet, der definerer den ene ende af det halvledende båndgab, stemmer overens med de teoretiske forudsigelser om dets energiposition, men er noget forskudt.

"Indtil nu, forskere har hovedsagelig brugt sort fosfor i bulk til at eksfoliere atomisk tynde lag, "siger professor Oliver Rader, leder af HZB-afdeling Materialer til grøn spintronics. "Disse viser også et stort halvledende båndgab, men besidder ikke bikagestrukturen af ​​blåt fosfor og, først og fremmest, kan ikke dyrkes direkte på et underlag. Vores arbejde afslører ikke kun alle de materielle egenskaber ved denne nye todimensionale fosforallotrop, men fremhæver understøttelsessubstratets indvirkning på elektroners adfærd i blåt fosfor, en vigtig parameter for enhver optoelektronisk anvendelse. "