Descubierto hace más de 100 años, el fósforo negro pronto se olvidó cuando aparentemente no tenía ningún uso. En lo que puede resultar ser una de las grandes historias de regreso de la ingeniería eléctrica, ahora puede jugar un papel crucial en el futuro de los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.

Con el descubrimiento reciente de un equipo de investigación, el material posiblemente podría reemplazar al silicio como material principal para la electrónica. La investigación del equipo, dirigido por Fengnian Xia, Profesor adjunto Barton L.Weller de Yale en Ingeniería y Ciencia, se publica en la revista Comunicaciones de la naturaleza 19 de abril.

Con silicio como semiconductor, la búsqueda de dispositivos electrónicos cada vez más pequeños pronto podría llegar a su límite. Con un grosor de unas pocas capas atómicas, sin embargo, el fósforo negro podría marcar el comienzo de una nueva generación de dispositivos más pequeños, electrónica flexible, y transistores más rápidos, dicen los investigadores.

Eso se debe a dos propiedades clave. Una es que el fósforo negro tiene una mayor movilidad que el silicio, es decir, la velocidad a la que puede transportar una carga eléctrica. La otra es que tiene una banda prohibida, que le da a un material la capacidad de actuar como un interruptor; puede encenderse y apagarse en presencia de un campo eléctrico y actuar como semiconductor. Grafeno otro material que ha generado gran interés en los últimos años, tiene una movilidad muy alta, pero no tiene banda prohibida.

Sin embargo, Encontrar una forma de controlar la banda prohibida del fósforo negro es fundamental para realizar sus posibles aplicaciones. Con ese fin, los investigadores han descubierto que la banda prohibida del material es más controlable con un cierto espesor. Al aplicar un campo eléctrico vertical al material en ese espesor, los investigadores pueden "afinar" la banda prohibida, esencialmente reduciendo la brecha moderada hasta el punto en que casi se cierra.

Eso abre muchas aplicaciones potenciales para el fósforo negro, como herramientas de imagen, dispositivos de visión nocturna, moduladores ópticos de infrarrojo medio, herramientas de espectroscopia en chip, y otras tecnologías optoelectrónicas.

"Antes de este estudio, la banda prohibida del fósforo negro no se pudo sintonizar dinámicamente, limitando sus aplicaciones en optoelectrónica, "dijo Bingchen Deng, autor principal del estudio y Ph.D. estudiante en el laboratorio de Xia.

Encontrar el grosor óptimo requirió un poco de prueba y error. "En primer lugar, probamos una muestra de 4 nanómetros de espesor, y encontramos que la afinación de la banda prohibida no era muy pronunciada, "Dijo Deng.

Deng también señaló que tener una banda prohibida que se puede controlar significa que el fósforo negro podría usarse potencialmente como un aislante topológico, un material con la inusual capacidad de servir como aislante (dentro del material) y como conductor (en su superficie). Los investigadores están particularmente interesados ​​en aislantes topológicos, ya que podrían ser clave para desarrollar una electrónica de baja potencia en la que los electrones de la superficie no sufran de dispersión.