El grafeno, la única red de carbono de un átomo de espesor, alcanzó la fama de la noche a la mañana con el Premio Nobel 2010. Pero ahora viene la competencia: esas capas también pueden formarse con fósforo negro. Los químicos de la Technische Universität München TUM ahora han desarrollado un semiconductormaterial en el que los átomos de fósforo individuales son reemplazados por arsénico. En un esfuerzo internacional colaborativo, los colegas estadounidenses han construido los primeros transistores de efecto de campo a partir del nuevo material.
Durante muchas décadas, el silicio ha formado la base de la electrónica moderna. Hasta la fecha, la tecnología de silicio podría proporcionar transistores cada vez más pequeños para dispositivos cada vez más pequeños. Pero el tamaño de los transistores de silicio está llegando a su límite físico. Además, a los consumidores les gustaría tener dispositivos flexibles, dispositivos que se pueden incorporar a la ropa y similares. Sin embargo, el silicio es duro y quebradizo. Todo esto ha desencadenado una carrera por nuevos materiales que algún día podrían reemplazar el silicio.
El fósforo negro de arsénico podría ser un material de este tipo. Al igual que el grafeno, que consiste en una sola capa de átomos de carbono, forma capas extremadamente delgadas. La gama de posibles aplicaciones abarca desde transistores y sensores hasta dispositivos semiconductores mecánicamente flexibles. A diferencia del grafeno, cuyoLas propiedades electrónicas son similares a las de los metales, el fósforo negro de arsénico se comporta como un semiconductor.
fosforeno vs.grafeno
Una cooperación entre la Universidad Técnica de Munich y la Universidad de Ratisbona en el lado alemán y la Universidad del Sur de California USC y la Universidad de Yale en los Estados Unidos ha producido, por primera vez, un transistor de efecto de campo hecho defósforo arsénico negro. Los compuestos fueron sintetizados por Marianne Koepf en el laboratorio del grupo de investigación de Síntesis y Caracterización de Materiales Innovadores en el TUM. Los transistores de efecto de campo fueron construidos y caracterizados por un grupo encabezado por el Profesor Zhou y el Dr. Liu en elDepartamento de Ingeniería Eléctrica de la USC.
La nueva tecnología desarrollada en TUM permite la síntesis de fósforo negro de arsénico sin alta presión. Esto requiere menos energía y es más barato. La brecha entre las bandas de valencia y conducción se puede controlar con precisión ajustando la concentración de arsénico ". Esto nos permite producirmateriales con propiedades electrónicas y ópticas previamente inalcanzables en una ventana de energía que hasta ahora era inaccesible ", dice el profesor Tom Nilges, jefe del grupo de investigación de Síntesis y caracterización de materiales innovadores.
Detectores de infrarrojos
Con una concentración de arsénico del 83 por ciento, el material exhibe un intervalo de banda extremadamente pequeño de solo 0,15 voltios de electrones, por lo que está predestinado para sensores que pueden detectar radiación infrarroja de onda larga. Los sensores LiDAR detección y rango de luz operan en este rango de longitud de onda,por ejemplo. Se utilizan, entre otras cosas, como sensores de distancia en automóviles. Otra aplicación es la medición de partículas de polvo y gases traza en el monitoreo ambiental.
Otro aspecto interesante de estos nuevos semiconductores bidimensionales es su comportamiento electrónico y óptico anisotrópico. El material exhibe características diferentes a lo largo de los ejes X e Y en el mismo plano. Para producir películas similares al grafeno, el material puede ser despegadoen capas ultrafinas. Las películas más finas obtenidas hasta ahora tienen solo dos capas atómicas de grosor.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Naval ONR, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea AFOSR, el Centro de Excelencia para Nanotecnologías CEGN de la Ciudad de Ciencia y Tecnología Rey Abdul-Aziz KACST,el Consejo Alemán de Investigación DFG y la Escuela de Graduados TUM.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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