Fosforeno preto, um composto bidimensional incomum (2-D), pode oferecer estratégias para evitar pontos quentes prejudiciais em circuitos em nanoescala, um novo estudo de pesquisadores do A * STAR revelou.

Enquanto os átomos de carbono em filmes de grafeno ficam perfeitamente planos em uma superfície, o fosforeno preto tem uma forma enrugada distinta devido às preferências de ligação de seus átomos de fósforo. As investigações sugerem que a estrutura em zigue-zague deste filme 2-D permite que ele se comporte de maneira diferente em diferentes orientações:ele pode transportar elétrons lentamente ao longo de um eixo, por exemplo, mas rapidamente na direção perpendicular.

Xiangjun Liu, do A * STAR Institute of High Performance Computing observa que as capacidades do fosforeno negro vão além da eletrônica de alta velocidade. “Tem ótica, mecânico, e propriedades térmicas que exibem dependência direcional, "ele diz." Isso decorre da estrutura única enrugada, o que realmente me impressionou quando o vi pela primeira vez. "

Os pesquisadores teorizam que o excesso de calor poderia ser extraído de circuitos em nanoescala usando fônons precisamente controlados - 'quanta' ou pacotes de energia vibracional - presentes em componentes de fosforeno preto.

Liu e colegas de trabalho concentraram seu estudo em uma importante questão estrutural que pode afetar a condutividade térmica do fósforo - as estruturas dos átomos nas bordas do filme 2-D. Os pesquisadores previram que o fosforeno pode ter uma borda de dímero formada pelo acoplamento de dois átomos terminais, ou uma borda em forma de tubo energeticamente estável, criada por ligações de vários átomos.

Para entender como diferentes estruturas de borda impactam a condutividade térmica, a equipe A * STAR usou algoritmos de computador que simulam a transferência de fônons em um gradiente de temperatura. Eles modelaram filmes de fosforeno como estreitos, nanofitas retangulares e observaram que a condutividade térmica era geralmente uniforme em nanofitas primitivas. Os modelos com terminação em dímero e tubo, por outro lado, preferido direcionar o calor para regiões centrais longe das bordas.

Cálculos posteriores revelaram que os modelos de arestas tubulares produziram diferentes excitações de fônons de outras estruturas de fósforo - eles exibiram um novo tipo de movimento de torção, bem como expansões e contrações geométricas conhecidas como modos de respiração. Esses movimentos adicionais, explica Liu, são provavelmente porque as bordas dos tubos funcionam tão bem em espalhar vibrações térmicas e permanecer frias.

Normalmente, Os materiais 2-D têm capacidade reduzida de difundir o calor quando tensionados lateralmente. Nanofitas terminadas em tubo, Contudo, têm condutividade térmica quase constante sob tensão - uma propriedade que pode ser útil na futura tecnologia vestível.

"O comportamento térmico independente de deformação pode beneficiar dispositivos que precisam de desempenho estável enquanto são deformados ou torcidos, "diz Liu." O fosforeno tem um grande potencial para aplicações de eletrônicos macios e flexíveis. "