«Была попытка продолжительностью в десятилетие сделать графен полупроводниковым», сказал Марк Херсэм Северо-Западного университета. «Наша группа и другие попытались сделать это с ограниченным успехом. Итак, почему не только используют материал, который уже является полупроводником?»Для phosphorene, чтобы достигнуть его полного потенциала, это должно быть невероятно тонко – предпочтительно в уровне атомов. До сих пор исследователи испытали трудности при расслаивании атомарно тонких хлопьев от навалочного груза, названного черным фосфором, быстрым и эффективным способом.
Hersam, однако, возможно, решил эту проблему. Его группа недавно разработала метод, который приводит к существенно более высокому урожаю экс-расплющивания и намного более тонким хлопьям, чем предыдущие усилия.Поддержанный Национальным научным фондом и Офисом Военно-морского Исследования, исследование описано онлайн в выпуске 18 апреля Слушаний Национальной академии наук.
Джухун Канг, аспирант в лаборатории Херсэма, является первым автором исследования.Будучи расслоенным от черного фосфора, у phosphorene есть существенно различные электронные и механические свойства от его материнской породы. Не только атомарно тонкие, двумерные слои сильные полупроводники, но они также эффективно излучают свет, предлагая возможности для оптоэлектроники.«Графен учил нас, что самый масштабируемый метод должен был расслоиться в решении», сказал Херсэм, профессор Уолтера П. Мерфи Материаловедения и Разработки в Школе Маккормика Нортвестерна Разработки. «Вы начинаете с растворителя и затем добавляете графит и сурфактант.
После представления энергии через sonication Вы можете расслоиться графит вниз к графену. Казалось бы очевидным, что тот же самый подход будет работать с phosphorene. Различие, однако, то, что phosphorene очень реактивный химически, который требует, чтобы важные изменения в протоколе достигли экс-расплющивания без деградации».Когда выставлено открытой площадке, химическая реактивность phosphorene приводит к быстрому ухудшению.
Результат предполагает, что компоненты воздуха, такие как вода и кислород, стимулируют деградацию и должны избежаться. Следовательно, Hersam первоначально обошел эту проблему, расслоившись с органическими растворителями в закрытой, безвоздушной и окружающей среде без воды.«Проблема с органическим растворяющим подходом состоит в том, что это очень неэффективно», сказал он. «Это приводит к низкому урожаю экс-расплющивания и хлопьям, которые являются относительно толстыми».Прорыв случился, когда Hersam и его команда поняли – после года изучения процесса деградации – что phosphorene ухудшается и в присутствии воды и в присутствии кислорода вместе.
Пузырясь инертный газ через воду, Hersam deoxygenated это, чтобы создать водный растворитель для расслаивающегося черного фосфора, который избегает деградации. После sonicating черный фосфор в смеси deoxygenated воды и сурфактантов, он нашел существенно более высокий урожай экс-расплющивания и намного более тонкие хлопья, которые достигли атомарно тонкого предела.В дополнение к обеспечению превосходящих phosphorene материалов метод использует обычно доступную, экологически мягкую воду в противоположность органическим растворителям.
«Мы взяли получающееся, расслоился хлопья и изготовил транзисторы из них», сказал Херсэм. «Метрики устройства были среди лучшего, сообщил для любого, расслоился phosphorene, таким образом подтвердив, что мы изолировали высококачественный материал масштабируемым способом без деградации».