El elemento químico fósforo se considera uno de los elementos más esenciales para la vida. Los compuestos de fósforo están profundamente involucrados en la estructura y función de los organismos. Cada ser humano lleva alrededor de un kilogramo en el cuerpo. Pero incluso fuera de nuestro cuerpo estamos rodeados de fosfatos y fosfonatos todos los días:en nuestra comida, en detergentes, fertilizantes o en medicamentos.

El fósforo se presenta en varias modificaciones que tienen propiedades extremadamente diferentes. Bajo condiciones normales, se hace una distinción entre el blanco, púrpura, fósforo rojo y negro. En 2014, un equipo de la Universidad Estatal de Michigan, "fósforo azul" calculado computacionalmente, "que podría producirse experimentalmente dos años después.

El fósforo azul es un material denominado bidimensional (2-D). Debido a su estructura en forma de panal de una sola capa, recuerda al que probablemente sea el material 2-D más conocido:el grafeno. Análogo a su famoso precursor, entonces también se le llamó fosforeno azul. Este nuevo material semiconductor se ha investigado desde entonces como un candidato extremadamente prometedor para dispositivos optoelectrónicos.

El químico de Dresde, el profesor Thomas Heine, en cooperación con científicos mexicanos, ha hecho ahora un descubrimiento único:mediante la aplicación de un concepto topológico, identificaron computacionalmente una estructura de panal de abeja abrochada de dos capas notablemente estable de fosforeno azul mediante cálculos de alta precisión en computadoras de alto rendimiento. Este compuesto de dos capas es extremadamente estable. Como descubrieron sorprendentemente los científicos, tiene propiedades metálicas debido a la muy pequeña distancia entre las dos capas. Los resultados de estas investigaciones se publicaron como artículo destacado en el número actual de la revista. Cartas de revisión física .

Como todos los componentes, estos dispositivos deben estar alimentados con energía, que generalmente ingresa al material a través de electrodos metálicos. En la interfaz metal-semiconductor, las pérdidas de energía son inevitables, un efecto conocido como la barrera de Schottky. El fósforo azul es semiconductor como una sola capa, pero se predice que será metálico como una doble capa. Los materiales metálicos 2-D son muy raros, y por primera vez se ha descubierto un material elemental puro que exhibe una transición semiconductor-metal de la monocapa a la doble capa. Por lo tanto, un componente electrónico u optoelectrónico para su uso en transistores o fotocélulas se puede realizar a partir de un solo elemento químico. Dado que no existe una interfaz entre el semiconductor y el metal en estos dispositivos, la barrera de Schottky se reduce considerablemente y se puede esperar una mayor eficiencia.

"Imagine que coloca dos capas de papel una encima de la otra y, de repente, la hoja doble brilla de forma metálica como una hoja de oro. Esto es exactamente lo que predecimos para el fosforeno azul. Este trabajo subraya la importancia de la interdisciplinariedad en la investigación básica. Utilizando un método topológico-matemático modelo y química teórica, pudimos diseñar un nuevo material en la computadora y predecir sus propiedades físicas. Se esperan aplicaciones en el campo de la nanoelectrónica y la optoelectrónica, "explica el profesor Heine.

Por estos resultados prometedores en la investigación básica, La primera autora Jessica Arcudia de México ya ha sido galardonada con el premio póster LatinXChem y el Premio Presidencial ACS. El joven químico fue alumno invitado en el grupo de investigación de Thomas Heine en 2018, donde también había trabajado antes su supervisor de doctorado, el profesor Gabriel Merino.