p O fósforo preto é um material cristalino que está atraindo um interesse crescente de pesquisa de engenheiros de dispositivos semicondutores, químicos e cientistas de materiais para criar filmes atomicamente finos de alta qualidade. p Da perspectiva de um material em camadas 2-D, fósforo preto mostra-se promissor para aplicações em eletrônicos flexíveis de próxima geração que podem permitir avanços em semicondutores, imagens médicas, visão noturna e redes de comunicação óptica.

p Como um substituto potencial de grafeno e silício, tem propriedades excelentes, como bandgap ajustável, que falta de grafeno. Um bandgap, uma banda de energia na qual nenhum estado de elétron pode existir, é essencial para criar o fluxo on / off de elétrons que são necessários na lógica digital e para a geração de fótons para LEDs e lasers.

p Infelizmente, o fósforo preto é difícil de fazer e de manter. Ele se degrada rapidamente quando exposto ao ar. Por que isso acontece e os mecanismos exatos pelos quais isso acontece - se o oxigênio ou a umidade do ar se degradam ou ambos - permanecem um tópico de debate ativo na comunidade de pesquisa.

p Os pesquisadores de engenharia da Vanderbilt mostraram pela primeira vez que a reação do fósforo preto ao oxigênio pode ser observada em escala atômica usando microscopia eletrônica de transmissão in situ (TEM).

p Os resultados são relatados em seu papel, "Visualizing Oxidation Mechanisms in Few-Layered Black Phosphorus via In Situ Transmission Microscopy Electron, "no American Chemical Society's Materiais Aplicados e Interfaces Diário.

p "Na pesquisa, muitas vezes existem hipóteses diferentes e muitas vezes contraditórias na comunidade científica. Contudo, a capacidade de observar uma reação em resolução atômica em tempo real oferece a clareza necessária para impulsionar os avanços. Estamos usando os insights de nossos experimentos TEM in-situ em resolução atômica em nosso laboratório para desenvolver novos métodos de síntese e preservação para fósforo preto, "disse Piran Kidambi, professor assistente de engenharia química e biomolecular.

p "As abordagens atuais têm olhado para encapsulá-lo com uma camada de óxido ou polímero sem realmente entender por que ou como a oxidação ocorre, "disse Andrew E. Naclerio, estudante de graduação do segundo ano no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular e o primeiro autor do artigo.

p "A maior parte da compreensão da oxidação do fósforo negro foi baseada em resultados de sondas espectroscópicas, "disse Kidambi, Conselheiro de Naclerio. Em colaboração com Dmitri Zakharov, cientista da equipe do Laboratório Nacional de Brookhaven em Upton, Nova york, a equipe usou microscopia eletrônica de transmissão ambiental (ETEM), que fornece observação in situ em tempo real de informações estruturais em uma amostra e reação em resolução atômica.

p "Este é um dos poucos microscópios nos Estados Unidos e no mundo com a capacidade de realizar imagens de resolução atômica durante a introdução de gases e aquecimento, "Kidambi disse. A colaboração cresceu a partir de uma proposta de usuário revisada por pares e é financiada pelo Departamento de Energia (DOE).

p "Alguns insights que obtivemos foram que a reação prossegue através da formação de uma camada amorfa que posteriormente evapora. Diferentes bordas cristalográficas levam a vários graus de corrosão e isso concorda bem com os cálculos teóricos, "Disse Kidambi.

p A colaboração para cálculos teóricos com dois dos autores do artigo, pesquisadores Jeevesh Kumar e Mayank Shrivastava do Instituto Indiano de Ciência em Bangalore, foi formada em uma conferência onde Kidambi foi convidado para dar uma palestra.

p O objetivo da equipe é sintetizar filmes atomicamente finos de fósforo preto usando deposição química de vapor, e conhecimentos sobre a oxidação podem ser usados ​​para desenvolver técnicas de passivação eficazes.