p (Phys.org) - Os defeitos danificam as propriedades ideais de muitos materiais bidimensionais, como o grafeno à base de carbono. O fósforo simplesmente encolhe os ombros. p Isso o torna um candidato promissor para aplicações nanoeletrônicas que requerem propriedades estáveis, de acordo com uma nova pesquisa do físico teórico Boris Yakobson da Rice University e seus colegas.

p Em um artigo na revista American Chemical Society Nano Letras , a equipe do Rice analisou as propriedades das ligações elementares entre átomos de fósforo semicondutores em folhas 2-D. O fósforo bidimensional não é teórico; foi recentemente criado por meio de esfoliação de fósforo preto.

p Os pesquisadores compararam suas descobertas com dichalcogenetos metálicos 2-D, como dissulfeto de molibdênio; esses compostos metálicos também foram considerados para a eletrônica por causa de suas propriedades semicondutoras inerentes. Em dichalcogenetos primitivos, átomos dos dois elementos se alternam em sincronia. Mas onde quer que dois átomos do mesmo elemento se liguem, eles criam um defeito pontual. Pense nisso como uma perturbação temporária na força que poderia desacelerar os elétrons, Yakobson disse.

p Semicondutores são o elemento básico da eletrônica moderna que dirige e controla como os elétrons se movem através de um circuito. Mas quando um distúrbio aprofunda uma lacuna de banda, o semicondutor é menos estável. Quando o caos reina na forma de defeitos de pontos múltiplos ou limites de grãos - onde as folhas de um material 2-D se fundem em ângulos, forçando átomos semelhantes a se unirem - os materiais se tornam muito menos úteis.

p Os cálculos do laboratório Yakobson mostram que o fósforo não tem esse problema. Mesmo quando existem defeitos pontuais ou limites de grão, as propriedades semicondutoras do material são estáveis. Como o grafeno perfeito - mas ao contrário do grafeno imperfeito - ele funciona conforme o esperado.

p Veja o fósforo 2-D de cima e se parece com o grafeno, nitreto de boro ou outros dichalcogenetos, com suas fileiras de hexágonos. Mas em um ângulo, fósforo revela sua verdadeira forma, como átomos alternados projetam-se para fora da matriz. Essa complexidade dá origem a mais variações entre os defeitos, Yakobson disse.

p "Como o fósforo 2-D tem apenas um tipo de elemento, seus defeitos não contêm ligações heteroelementais 'erradas', "disse Yuanyue Liu, o primeiro autor do jornal e ex-aluno do Rice, agora é pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional de Energia Renovável. "Essas ligações não prenderiam ou recombinariam elétrons ou lacunas.

p "Esta é uma boa propriedade para aplicação em células solares, "disse ele." O fósforo bidimensional pode potencialmente ser usado para coletar a luz do sol, já que sua diferença de banda combina bem com o espectro solar. "Ao contrário dos absorvedores convencionais, ele disse, a presença de defeitos não prejudicaria o desempenho do material.

p Os pesquisadores também mostram que pode ser possível ajustar as propriedades eletrônicas do fósforo 2-D alterando-o (também conhecido como dopagem) com átomos estranhos. Isso deve ser valioso para os fabricantes de eletrônicos, Yakobson disse. O carbono e o zinco podem aumentar a condutividade positiva, enquanto o potássio pode aumentar a condutividade negativa; os pesquisadores acreditam que o fósforo pode ser um ânodo promissor para baterias.

p Na verdade, O fósforo 2-D tem mais em comum com o silício tridimensional, o elemento mais comum em componentes eletrônicos semicondutores, como chips de computador. Como no fósforo 2-D, os limites de grão no silício não causam mudanças no gap. Contudo, defeitos pontuais no silício podem alterar suas propriedades, ao contrário de defeitos pontuais no fósforo.

p Isso sugere que o fósforo 2-D também pode ser um candidato para eletrônicos de alto desempenho. Na verdade, Liu disse, vários relatórios experimentais já mostraram que ele pode ser um transistor melhor do que os dichalcogenetos metálicos 2-D.

p The researchers noted that phosphorus is abundant and black phosphorus can be made relatively easily, but phosphorus reacts slowly with oxygen. To make it practical for daily applications, it has to be well-sealed, Liu said.