Hasta hace poco, la existencia de fósforo "azul" era pura teoría. Ahora, Un equipo de HZB ha examinado muestras de fósforo azul en BESSY II por primera vez y ha mapeado su estructura de banda electrónica. Informan que representa una modificación de fósforo exótica. El fósforo azul es un candidato interesante para nuevos dispositivos optoelectrónicos.

El fósforo existe en varios alótropos y cambia sus propiedades con cada nueva forma. Hasta aquí, rojo, Violeta, Se ha informado de fósforo blanco y negro. Si bien algunos compuestos de fósforo son esenciales para la vida, el fósforo blanco es venenoso e inflamable.

Ahora, se ha identificado otro alótropo. En 2014, un equipo de la Universidad Estatal de Michigan en los EE. UU. realizó cálculos de modelos para predecir que el fósforo azul también debería ser estable. Ene sta forma, los átomos de fósforo se organizan en una estructura de panal similar al grafeno. Sin embargo, la estructura no es completamente plana sino que se dobla con regularidad. Los cálculos del modelo mostraron que el fósforo azul no es un semiconductor de espacio estrecho como el fósforo negro a granel, pero posee las propiedades de un semiconductor con una banda prohibida bastante grande de dos electronvoltios. Esta gran brecha, que es siete veces más grande que el fósforo negro a granel, es importante para aplicaciones optoelectrónicas.

En 2016, el fósforo azul se estabilizó con éxito sobre un sustrato de oro por evaporación. Sin embargo, sólo recientemente se ha informado de que el material resultante es de hecho fósforo azul. Para tal fin, un equipo de HZB alrededor de Evangelos Golias probó la estructura de la banda electrónica del material en BESSY II. Pudieron medir mediante espectroscopia de fotoelectrones de resolución angular la distribución de electrones en su banda de valencia, estableciendo el límite inferior para la banda prohibida del fósforo azul.

Descubrieron que los átomos de P no se organizan independientemente del sustrato de oro, sino que intentan ajustarse a los espacios de los átomos de Au. Esto distorsiona la celosía de panal corrugado de manera regular, lo que a su vez afecta el comportamiento de los electrones en el fósforo azul. Como resultado, la parte superior de la banda de valencia que define el extremo de la banda prohibida semiconductora concuerda con las predicciones teóricas sobre su posición energética, pero está algo desplazado.

"Hasta aquí, Los investigadores han utilizado principalmente fósforo negro a granel para exfoliar capas atómicamente delgadas, "dice el profesor Oliver Rader, Jefe del Departamento de Materiales de HZB para espintrónica verde. "Estos también muestran una gran brecha de banda semiconductora, pero no poseen la estructura de panal del fósforo azul y, sobre todo, no se puede cultivar directamente sobre un sustrato. Nuestro trabajo no solo revela todas las propiedades materiales de este novedoso alótropo de fósforo bidimensional, pero destaca el impacto del sustrato de soporte en el comportamiento de los electrones en el fósforo azul, un parámetro esencial para cualquier aplicación optoelectrónica ".