Анализ демонстрирует перспективы фосфора как 2D-полупроводника

Полупроводники в современной электронике направляют и контролируют движение электронов. Уникальные свойства новых 2D-материалов делают их перспективной альтернативой традиционным «объемным» полупроводникам.

С одной поправкой: речь идет о материалах с идеальной структурой 2D-решетки. Возмущение, например, от точечного дефекта, углубляет запрещенную зону и делает работу двумерного полупроводника менее стабильной. В случае же множества точечных дефектов или зернистой структуры, где на границах фрагменты 2D-материалов смыкаются под разными углами, практическая полезность такого полупроводника становится весьма сомнительной.

Расчеты, выполненные физиком-теоретиком из Университета Райса Борисом Якобзоном (Boris Yakobson) и его коллегами, показали, что двумерный фосфор, недавно практически выделенный путем расслоения черного фосфора, свободен от этого недостатка, свойственного более популярным 2D-полупроводникам, таким как дихалькогениды переходных металлов. Даже при наличии точечных дефектов или границ зерен полупроводниковые свойства этого материала сохраняют стабильность.

Сверху плоскость двумерного фосфора выглядит аналогично шестиугольной решетке графена, но под углом раскрывается более сложная структура с атомами, попеременно выступающими из плоской матрицы. «Поскольку 2D-фосфор состоит из одного элемента, его дефекты не содержат межэлементных „неправильных“ связей, — пишет Яньюэ Лю (Yuanyue Liu), первый автор статьи в Nano Letters. — Эти связи не могут захватывать или рекомбинировать электроны или дырки».

Такое качество полезно для применения в солнечных элементах, особенно учитывая соответствие запрещенной зоны 2D-фосфора солнечному спектру. В отличие от традиционных поглотителей, рабочие характеристики этого материала не будет ухудшать наличие дефектов.

Кроме того, исследователи указали на возможность настройки электронных свойств 2D-фосфора путем легирования его чужеродными атомами. Они считают, что модифицированный таким образом фосфор может быть многообещающем материалом для анодов батарей. Сырье для 2D-фосфора — черный фосфор — недорог и получается относительно просто.

Единственной серьезной проблемой графеноподобного фосфора является то, что он постепенно окисляется в присутствии кислорода, то есть применяться он должен в герметично запечатанном виде.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI