藍磷半導體如何變成金屬

化學元素磷被認為是生命中最重要的元素之一。磷化合物與生物的結構和功能密切相關。每個人體內都會攜帶約一公斤的蛋白質。但是，即使在我們的身體外部，我們每天也都被磷酸鹽和膦酸鹽包圍：在我們的食物，洗滌劑，化肥或藥物中。

磷以幾種性質極為不同的修飾形式出現。在正常條件下，將白磷，紫磷，紅磷和黑磷區分開來。2014年，密歇根州立大學的一個研究小組通過計算預測了“藍磷”，該藍磷可以在兩年后通過實驗生產。

藍磷是所謂的二維(2-D)材料。由于其單層蜂窩狀結構，它讓人聯想到可能是最著名的二維材料：石墨烯。與其著名的先驅類似，它也被稱為藍色磷烯。此后，這種新型半導體材料已被視作光電子器件的極有希望的候選者。

德累斯頓化學家Thomas Heine教授與墨西哥科學家合作，現已發現了一個獨特的發現：通過應用拓撲概念，他們通過對高性能進行了高精度的計算，從而計算出了非常穩定的藍色磷化兩層彎曲蜂窩狀蜂窩結構。電腦。這種兩層化合物非常穩定。正如科學家驚奇地發現的那樣，由于兩層之間的距離很小，因此它具有金屬特性。這些調查的結果作為最新文章發表在《物理評論快報》上。

像所有組件一樣，必須為這些設備供電，電源通常會通過金屬電極進入材料。在金屬-半導體界面上，能量損失是不可避免的，這種效應被稱為肖特基勢壘。藍磷是單層半導體，但預計是雙層金屬。金屬二維材料非常稀少，并且首次發現純元素材料表現出從單層到雙層的半導體金屬過渡。因此，僅由一種化學元素就可以實現用于晶體管或光電池的電子或光電組件。由于這些器件中的半導體和金屬之間沒有界面，因此肖特基勢壘大大降低，可以期待更高的效率。

“想象一下，您將兩層紙彼此疊放在一起，然后突然兩層金屬片像金箔一樣閃閃發光。這正是我們對藍色磷烯的預測。這項工作突顯了跨學科性在基礎研究中的重要性。使用拓撲數學通過模型和理論化學，我們能夠在計算機上設計新材料并預測其物理性質。預計將在納米和光電子學領域中應用。”

由于在基礎研究中取得了這些令人鼓舞的結果，來自墨西哥的第一作者Jessica Arcudia已被授予LatinXChem海報獎和ACS總統獎。這位年輕的化學家于2018年在Thomas Heine的研究小組中做客座學生，她的博士生導師Gabriel Merino教授以前也曾在這里工作過。