(Phys.org) —Los defectos dañan las propiedades ideales de muchos materiales bidimensionales, como el grafeno a base de carbono. Phosphorus simplemente se encoge de hombros.

Eso lo convierte en un candidato prometedor para aplicaciones nanoelectrónicas que requieren propiedades estables, según una nueva investigación del físico teórico de la Universidad de Rice, Boris Yakobson, y sus colegas.

En un artículo de la revista American Chemical Society Nano letras , el equipo de Rice analizó las propiedades de los enlaces elementales entre átomos de fósforo semiconductores en láminas bidimensionales. El fósforo bidimensional no es teórico; fue creado recientemente mediante exfoliación a partir de fósforo negro.

Los investigadores compararon sus hallazgos con dicalcogenuros metálicos bidimensionales como el disulfuro de molibdeno; Estos compuestos metálicos también se han considerado para la electrónica debido a sus propiedades semiconductoras inherentes. En dicalcogenuros prístinos, los átomos de los dos elementos se alternan al unísono. Pero siempre que se unen dos átomos del mismo elemento, crean un defecto puntual. Piense en ello como una perturbación temporal en la fuerza que podría ralentizar los electrones, Dijo Yakobson.

Los semiconductores son el elemento básico de la electrónica moderna que dirigen y controlan cómo se mueven los electrones a través de un circuito. Pero cuando una perturbación profundiza una banda prohibida, el semiconductor es menos estable. Cuando reina el caos en forma de múltiples defectos puntuales o límites de grano, donde las hojas de un material 2-D se fusionan en ángulos, forzando átomos similares a unirse - los materiales se vuelven mucho menos útiles.

Los cálculos del laboratorio de Yakobson muestran que el fósforo no tiene ese problema. Incluso cuando existen defectos puntuales o límites de grano, Las propiedades semiconductoras del material son estables. Como el grafeno perfecto, pero a diferencia del grafeno imperfecto, funciona como se esperaba.

Mira el fósforo 2-D desde arriba y parece grafeno, nitruro de boro u otros dicalcogenuros, con sus filas de hexágonos. Pero en un ángulo el fósforo revela su verdadera forma, como átomos alternos sobresalen de la matriz. Esta complejidad da lugar a más variaciones entre los defectos, Dijo Yakobson.

"Dado que el fósforo 2-D tiene un solo tipo de elemento, sus defectos no contienen enlaces heteroelementales 'incorrectos', "dijo Yuanyue Liu, el primer autor del artículo y ex alumno de Rice, ahora investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables. “Estos enlaces no atraparían ni recombinarían electrones ni huecos.

"Esta es una buena propiedad para su aplicación en células solares, ", dijo." El fósforo bidimensional podría potencialmente usarse para cosechar la luz del sol, ya que su banda prohibida se adapta bien al espectro solar ". A diferencia de los absorbedores convencionales, él dijo, la presencia de defectos no deterioraría el desempeño del material.

Los investigadores también muestran que es posible ajustar las propiedades electrónicas del fósforo 2-D alterándolo (también conocido como dopaje) con átomos extraños. Esto debería ser de valor para los fabricantes de productos electrónicos, Dijo Yakobson. El carbono y el zinc pueden aumentar la conductividad positiva, mientras que el potasio puede aumentar la conductividad negativa; los investigadores creen que el fósforo puede ser un material de ánodo prometedor para las baterías.

De hecho, El fósforo bidimensional tiene más en común con el silicio tridimensional, el elemento más común en la electrónica semiconductora como los chips de computadora. Como en el fósforo 2-D, los límites de grano en el silicio no provocan cambios de banda prohibida. Sin embargo, los defectos puntuales en el silicio pueden cambiar sus propiedades, a diferencia de los defectos puntuales del fósforo.

Esto sugiere que el fósforo 2-D también podría ser un candidato para la electrónica de alto rendimiento. De hecho, Liu dijo, Varios informes experimentales ya han demostrado que puede ser un mejor transistor que los dicalcogenuros metálicos bidimensionales.

Los investigadores notaron que el fósforo es abundante y que el fósforo negro se puede producir con relativa facilidad. but phosphorus reacts slowly with oxygen. To make it practical for daily applications, it has to be well-sealed, Liu said.