Los materiales bidimensionales podrían sustentar una nueva familia de flexibles, dispositivos electrónicos de baja potencia, pero su éxito depende de asegurar que las capas sean químicamente estables. Los investigadores de A * STAR ahora muestran que un material 2-D, fosforeno, se puede estabilizar con la elección correcta de sustrato y un campo eléctrico.

Grafeno una sola capa de átomos de carbono, merece su reputación como supermaterial; es fuerte duro, luz, tiene excelentes propiedades electrónicas y térmicas. Es el material arquetípico 2-D. Más recientemente, los científicos han creado capas únicas de otros materiales:estaño, germanio, boro, silicio y fósforo, con sus propias propiedades distintivas. Por ejemplo, mientras que el grafeno es un semi-metal sin banda prohibida, el fosforeno es un semiconductor como el silicio, lo que lo hace útil para dispositivos electrónicos. Sin embargo, El fosforeno tiene un inconveniente notorio:el material se oxida en el aire y su calidad se degrada rápidamente.

En busca de un enfoque viable para superar esto, Junfeng Gao y sus colegas del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento utilizan cálculos de primeros principios para demostrar que colocar fosforeno en un sustrato de diselenuro de molibdeno y aplicar un campo eléctrico vertical puede aumentar drásticamente su resistencia a la oxidación.

"La interacción y la transferencia de carga entre el sustrato y el fosforeno se pueden ajustar mediante un campo eléctrico externo, provocando un cambio en la actividad superficial y suprimiendo la oxidación del fosforeno, "explica Gao.

Su estudio muestra que el proceso dominante involucrado en la degradación del fosforeno en el aire es la absorción de oxígeno. La rápida oxidación del fosforeno independiente en condiciones ambientales se debe a una barrera de baja energía para la absorción de oxígeno de aproximadamente 0,57 electronvoltios:la oxidación puede ocurrir en menos de un minuto.

Cuando este análisis se repite con diselenuro de molibdeno superpuesto con fosforeno, la barrera energética es mucho más alta. Así como, el modelo muestra que la presencia del sustrato de diselenuro de molibdeno permite un ajuste más eficaz de las propiedades del fosforeno con un campo eléctrico. Esto aumenta aún más la barrera de la energía de oxidación. Bajo un campo eléctrico vertical adecuado, la barrera puede aumentar a 0,91 electronvoltios. Esta vida útil del fosforeno frente a la oxidación puede ser 105 veces mayor que sin tratamiento.

El enfoque de Gao para lograr fosforeno estable al aire puede promover en gran medida su uso en dispositivos prácticos. "Exploraremos más sustratos por su capacidad para estabilizar el fosforeno, "dice Gao". En particular, queremos averiguar si dicho sustrato es adecuado para el crecimiento epitaxial de fosforeno ".