Nature Communications publica estudio brasileño sobre fósforo negro

La revista científica internacional Nature Communications, del importante grupo editorial Nature Publishing Group, publicó el 14 de julio un artículo que reúne a varios grupos brasileños e informa sobre una nueva investigación sobre el fósforo negro, un nanomaterial que consiste en el apilamiento de hojas de fósforo bidimensionales. .

Con la participación del Prof. Dr. Christiano JS de Matos, Investigador de MackGraphe - Centro de Investigación Avanzada sobre Grafeno, Nanomateriales y Nanotecnologías en la Universidad Presbiteriana Mackenzie, y otros ocho expertos en la materia del propio MackGraphe y las universidades de la Unesp, Unicamp, UFMG y la Universidad Nacional de Singapur., el estudio revela una propiedad previamente desconocida del fósforo negro y puede contribuir al desarrollo de nanodispositivos de alto rendimiento.

Desde el aislamiento del grafeno en 2004 y la demostración de su potencial para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas, muchos investigadores se han centrado en encontrar otros nanomateriales con algunos espesores de átomos con propiedades similares o complementarias. El último en unirse a este selecto club de alta tecnología es el fósforo negro.

Descubierto en 1914, el material no se encuentra en la naturaleza y fue poco estudiado durante el primer siglo después del descubrimiento. Sin embargo, su interés explotó en 2014, cuando se demostró que el método de exfoliación mecánica con una cinta adhesiva (la misma que se usó para aislar el grafeno por primera vez) podría usarse para obtener fósforo negro con pocos espesores de átomos. .

La imagen de arriba muestra en oro el fino cristal de fósforo negro estudiado. En el cristal se muestra, en forma de una escala de colores, la intensidad de las vibraciones atómicas con características inesperadas (el azul oscuro representa una intensidad más baja y el rojo una intensidad más alta). Se observa que estas vibraciones inusuales se concentran en los bordes del cristal, dándoles características peculiares.

A diferencia del grafeno, una sola lámina de fósforo negro, conocida como fosforeno, tiene una estructura de "acordeón" (ver la tabla a continuación). También a diferencia del grafeno (que es un excelente conductor), el fosforeno es un semiconductor, un tipo de material con importantes aplicaciones electrónicas. Además, las características electrónicas del fósforo negro dependen en gran medida del número de capas de este material.

Según el profesor Christiano de Matos, estas características hacen del fósforo negro un material extremadamente prometedor para futuras aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas, por ejemplo en transistores, que realizan las funciones lógicas necesarias en sistemas digitales; en detectores de luz, transformando la energía de la luz en corriente eléctrica en sistemas de comunicación óptica (fibra óptica) o células fotovoltaicas; y en nuevos emisores de luz para comunicaciones ópticas. Por lo tanto, el grafeno y el fósforo negro son complementarios, no compiten, en términos de uso y aplicación, e incluso pueden usarse juntos.

El estudio publicado recientemente es pionero porque es el primero en identificar, a través de técnicas computacionales y de laboratorio, que las vibraciones atómicas de este material se comportan de manera inesperada y diferente de las observadas lejos de los bordes. El estudio también muestra que este comportamiento, no observado en el grafeno, es una consecuencia de la distorsión de la red cristalina cerca de los bordes. Dado que las vibraciones atómicas de un material están relacionadas con la generación y disipación de calor, el estudio contribuirá a una mejor comprensión de cómo se disipa el calor en este nuevo material, que será de gran importancia para la optimización de los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos a base de fósforo. negro

La parte experimental de la investigación se llevó a cabo en MackGraphe utilizando la técnica de espectroscopía Raman, capaz de analizar con precisión las propiedades atómicas y moleculares de los materiales. MackGraphe tiene uno de los espectrómetros Raman más modernos del país. Adquirido con recursos FAPESP, el equipo tiene una sensibilidad muy alta y la capacidad de realizar análisis extensos a alta velocidad.

Las hojas de papel, con el diseño de átomos dispuestos en una estructura en forma de panal, ilustran las diferencias geométricas entre el grafeno y el fosforeno (una sola capa de fósforo negro). En el grafeno (izquierda), los átomos de carbono están todos en el mismo plano, formando una lámina estirada. En el fosforeno (derecha), la lámina de átomos de fósforo tiene una estructura de concertina, como plegada como un origami, que le da al material características anisotrópicas.

Vía aviso