Los materiales en capas bidimensionales (2-D) han recibido una atención considerable por sus posibles aplicaciones desde el descubrimiento experimental del grafeno. Los semiconductores elementales bidimensionales teóricos prometen características superiores en términos de fabricación, purificación y dopaje. El fósforo negro de pocas capas (BP) es el primer semiconductor monoelemental 2-D con alta movilidad de portadora electrónica, fuerte absorción óptica, dicroísmo lineal, y alta capacidad de sintonización con campos externos. Sin embargo, la estabilidad del aire defectuosa y las dificultades en la fabricación a gran escala siguen siendo problemas que inhiben las aplicaciones prácticas de BP de pocas capas. Por lo tanto, Los investigadores buscan posibles alternativas que también permitan síntesis a gran escala, y ofrecen una buena estabilidad medioambiental sin sacrificar las ventajas de BP.

El profesor Wei Ji y su grupo de investigación de la Universidad Renmin de China modelaron teóricamente superficies e interfaces de materiales electrónicos emergentes para predecir las propiedades físicas de los dispositivos compuestos por estos materiales. Recientemente, colaboraron con el profesor Yang Chai de la Universidad Politécnica de Hong Kong para informar un estudio teórico de una novela, material 2-D en forma de cadena, a saber, α-telurio de pocas capas (FL-α-Te), y predijo que este material tendría una movilidad de portadora extremadamente alta con una banda prohibida sintonizable por capas, fuerte absorción de luz, mezcla de modos vibracionales, mapas de energía dependientes de la capa de las bandas de valencia y conducción, entre otras propiedades llamativas.

El FL-α-Te es un material representativo de materiales unidimensionales en capas, que son una categoría novedosa y de rápido desarrollo de materiales 2-D. Primero examinaron la estabilidad de tres probables fases de pocas capas utilizando cálculos de teoría funcional de densidad de última generación. Su cálculo muestra que el α-telurio es la fase más estable para las capas bicapa y más gruesas. Dada esta estabilidad, encontraron que un cuasi-enlace de tipo covalente (CLQB) domina la interacción entre cadenas en direcciones tanto dentro como entre capas. Este CLQB es análogo a las interacciones entre capas encontradas en BP, PtS2 o PtSe2, mostrando hibridación de función de onda pero sin ganancia de energía adicional.

Se las arreglaron para correlacionar este vínculo con las estructuras geométricas y electrónicas dependientes de la capa y sus comportamientos resultantes en términos de electricidad, propiedades ópticas y vibratorias. El α-Te de pocas capas tiene una movilidad de agujero extremadamente alta de hasta 105 cm2 / Vs excepcionalmente a lo largo de la dirección no ligada covalente (CLQB) y 103 cm2 / Vs para la dirección ligada covalente, bandgap sintonizable de 0,31 eV (Bulk) a 1,17 eV (2L), comportamientos vibratorios anisotrópicos entre cadenas (capa), un cruce de constantes de fuerza de respiración y cizallamiento entre capas, gran resistencia ideal (más del 20 por ciento) y absorción de luz fuerte casi isotrópica (hasta 9 por ciento por capa) de una geometría altamente anisotrópica. También encontraron dentro de unas pocas capas de α-Te que las superficies de energía de las bandas de valencia y conducción se desarrollan sustancialmente desde el volumen hasta la bicapa, exhibiendo un perfil de línea en forma de "M" de la cavidad del orificio, que se encuentra generalmente en aisladores topológicos, y es ideal para termoeléctricas.

Este material ofrece la mayoría de las sorprendentes propiedades de BP junto con una mejor estabilidad ambiental, un costo de fabricación mucho menor (con métodos de química húmeda) y una mayor absorción de luz que los de BP. En este escenario, FL-α-Te podría considerarse un sucesor superior de BP. La movilidad de portadores extraordinariamente alta revelada en la dirección CLQB actualiza conceptualmente la comprensión del papel de las interacciones no covalentes en la movilidad de portadores y puede abrir una nueva vía para buscar materiales de alta movilidad de portadores.