Hace dos años, Mark Hersam, de la Northwestern University, descubrió una forma de estabilizar el fósforo negro exfoliado, o fosforeno, un semiconductor en capas que se degrada químicamente al aire libre pero que es muy prometedor para la electrónica. Al encapsularlo en óxido de aluminio, pudo estabilizar la reactividad del fosforeno al oxígeno y al agua.

"El problema es que ahora el fosforeno está enterrado debajo del revestimiento de óxido de aluminio, que limita lo que podemos hacer con él, "dijo Hersam, Walter P. Murphy Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "¿No sería mejor si pudiéramos estabilizar el fosforeno sin ocluir su superficie?"

Hersam y su equipo han hecho precisamente eso.

Mediante el uso de la química orgánica para reaccionar covalentemente una capa de una sola molécula de espesor sobre el fosforeno, el equipo impartió efectivamente la misma pasivación que logró con la alúmina en 2014. Pero esta vez la capa es lo suficientemente delgada como para dejar acceso a la superficie del material.

"Si va a ser útil para aplicaciones como sensores, entonces, lo que quiera detectar debe poder interactuar con el material, "Dijo Hersam." La gruesa capa de óxido de aluminio impidió que cualquier especie atmosférica alcanzara la superficie del fosforeno, por lo que no se puede utilizar como detector ".

Apoyado por la Oficina de Investigación Naval y el Departamento de Energía, la investigación se describe en línea en el 2 de mayo, Número 2016 de la revista Química de la naturaleza . Christopher Ryder, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Hersam, sirvió como primer autor del artículo. Tobin J. Marks, Vladimir N. Ipatieff Profesor de Química Catalítica en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y profesor de ciencia e ingeniería de materiales, y George Schatz, el profesor de química Charles E. y Emma H. ​​Morrison y profesor de ingeniería química y biológica, también es coautor del artículo.

En años recientes, El fosforeno ha captado la atención como un poderoso semiconductor con un alto potencial para su uso en delgados, electrónica flexible. Su inestabilidad al aire libre, sin embargo, ha impedido que se pruebe en posibles aplicaciones, como transistores, optoelectrónica, sensores, o incluso baterías. Ahora resulta que la unión covalente, La capa de una sola molécula de espesor podría incluso aumentar el valor del fosforeno para su uso en estas aplicaciones. El equipo descubrió que la capa no solo evita que el fosforeno se degrade, pero también mejora sus propiedades electrónicas.

"La química influyó en el flujo de carga a través del fosforeno, "Hersam dijo." Logramos una mejora en la movilidad de carga, que está relacionado con la velocidad del transistor, y qué tan bien conmuta en un circuito integrado ".

Ahora que el equipo de Hersam ha creado una versión estable de fosforeno, planea explorar estas aplicaciones potenciales. El siguiente paso es crear dispositivos optimizados basados ​​en fosforeno y compararlos con dispositivos fabricados con materiales alternativos.

"Podemos imaginar muchas posibilidades, ", Dijo Hersam." El futuro nos enseñará exactamente dónde el fosforeno tiene una ventaja competitiva ".