O elemento químico fósforo é considerado um dos elementos mais essenciais para a vida. Os compostos de fósforo estão profundamente envolvidos na estrutura e função dos organismos. Cada ser humano carrega cerca de um quilo dele no corpo. Mas, mesmo fora de nossos corpos, estamos rodeados por fosfatos e fosfonatos todos os dias:em nossa alimentação, em detergentes, fertilizantes ou em medicamentos.

O fósforo ocorre em várias modificações que têm propriedades extremamente diferentes. Em condições normais, uma distinção é feita entre branco, roxa, fósforo vermelho e preto. Em 2014, uma equipe da Michigan State University, previsto computacionalmente "fósforo azul, "que poderia ser produzida experimentalmente dois anos depois.

O fósforo azul é um material denominado bidimensional (2-D). Devido à sua estrutura semelhante a um favo de mel de camada única, é uma reminiscência do que é provavelmente o material 2-D mais conhecido:o grafeno. Análogo ao seu famoso precursor, era então também chamado de fosforeno azul. Este novo material semicondutor foi investigado como um candidato extremamente promissor para dispositivos optoeletrônicos.

O químico de Dresden, Prof Thomas Heine, em cooperação com cientistas mexicanos, agora fez uma descoberta única:aplicando um conceito topológico, eles identificaram computacionalmente uma estrutura em favo de mel curvado de duas camadas notavelmente estável de fosforeno azul por meio de cálculos altamente precisos em computadores de alto desempenho. Este composto de duas camadas é extremamente estável. Como os cientistas descobriram surpreendentemente, possui propriedades metálicas devido à distância muito pequena entre as duas camadas. Os resultados dessas investigações foram publicados como um artigo de destaque na edição atual da revista. Cartas de revisão física .

Como todos os componentes, esses dispositivos devem ser alimentados com energia, que geralmente entra no material por meio de eletrodos de metal. Na interface metal-semicondutor, as perdas de energia são inevitáveis, um efeito conhecido como barreira Schottky. O fósforo azul é semicondutor como uma única camada, mas previsto para ser metálico como uma camada dupla. Materiais 2-D metálicos são muito raros, e pela primeira vez foi descoberto um material elementar puro que exibe uma transição semicondutor-metal da monocamada para a camada dupla. Assim, um componente eletrônico ou optoeletrônico para uso em transistores ou fotocélulas pode ser realizado a partir de apenas um elemento químico. Uma vez que não há interface entre semicondutor e metal nesses dispositivos, a barreira Schottky é bastante reduzida e uma maior eficiência pode ser esperada.

"Imagine que você coloque duas camadas de papel uma sobre a outra e de repente a folha dupla brilha metalicamente como uma folha de ouro. Isso é exatamente o que prevemos para o fosforeno azul. Este trabalho destaca a importância da interdisciplinaridade na pesquisa básica. Usando um método topológico-matemático modelo e química teórica, fomos capazes de projetar um novo material no computador e prever suas propriedades físicas. Esperam-se aplicações no campo da nano e optoeletrônica, "explica o Prof Heine.

Por esses resultados promissores em pesquisa básica, a primeira autora Jessica Arcudia, do México, já recebeu o prêmio de pôster LatinXChem e o Prêmio Presidencial ACS. O jovem químico foi aluno convidado no grupo de pesquisa de Thomas Heine em 2018, onde também havia trabalhado seu orientador de doutorado, Prof Gabriel Merino.