Síntesis epitaxial de una nueva fase del fosforeno azul

El fosforeno es un material bidimensional (2D) formado por capas monoatómicas de fósforo. Además del fosforeno negro, cuyas capas forman el fósforo negro, se ha predicho otro alótropo llamado fosforeno azul. Se publica en la revista Small la síntesis epitaxial del fosforeno azul sobre un sustrato de oro Au(111). Las imágenes con el microscopio de efecto túnel, además de la fase convencional con triángulos que muestran seis protrusiones, muestran regiones con una segunda fase del fosforeno azul que presenta triángulos con solo tres protrusiones; se interpreta que esta nueva fase presenta trímeros de fósforo sobre la estructura hexagonal convencional. La nueva fase extiende las aplicaciones potenciales del fosforeno.

El fosforeno es un semiconductor con un salto de banda, a diferencia del grafeno que es un semimetal sin salto de banda, aunque también tiene una alta mobilidad de portadores; por ello es mucho mejor que el grafeno en aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. Además, el salto de banda es ajustable apilando capas de fosforeno (negro), ya que una capa monoatómica tiene uno de 1.5 eV, mientras para muchas capas se obtienen los 0.35 eV del fósforo negro. El fosforeno azul convencional tiene una salto de banda de 1.1 eV y su nueva fase parece tener unos 0.8 eV (aunque este valor debe ser confirmado de forma independiente).

A diferencia del grafeno, que es prácticamente plano, el fosforeno negro presenta una estructura arrugada, que vista de lado recuerda a una onda cuadrada. El fosforeno azul es un alótropro que presenta una estructura menos arrugada, que vista de lado recuerda a un diente de sierra. Las parámetros de red (lattice constants) para el fósforo negro son a1 = 0.437 nm y a2 = 0.331 nm, mientras que para el fósforo azul son a1 = a2 = 0.328 nm. La síntesis de la nueva fase del fosforeno azul nos recuerda que podrían existir muchos alótropos del fosforeno aún por descubrir.

El artículo es Wei Zhang, Hanna Enriquez, …, Hamid Oughaddou, “Epitaxial Synthesis of Blue Phosphorene,” Small 1804066 (2018), doi: 10.1002/smll.201804066arXiv:1811.01289 [cond-mat.mtrl-sci]. Las predicciones teóricas para las propiedades de los fosforenos negro y azul se pueden consultar en Yi Ding, Yanli Wang, “Structural, Electronic, and Magnetic Properties of Adatom Adsorptions on Black and Blue Phosphorene: A First-Principles Study,” J. Phys. Chem. C 119: 10610-10622 (2015), doi: 10.1021/jp5114152.

La síntesis del fosforeno negro se suele realizar por exfoliación del fósforo negro (un material formado por muchas capas de fosforeno, equivalente al grafito para el grafeno). Para el fosforeno azul es mejor usar el crecimiento epitaxial por haces moleculares (MBE). El nuevo artículo propone esta técnica sobre un sustrato de oro, Au(111). El material fabricado se ha caracterizado usando difracción con electrones de baja energía (LEED), microscopia por efecto túnel a baja temperatura (LT-STM), espectroscopia por fotoemisión (PES) y espectroscopia por fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES).

Para sorpresa de los investigadores, el fosforeno azul fabricado por epitaxia difiere en sus propiedades atómicas (parámetro de red, simetría en las imágenes de LT-STM, observaciones por ARPES, etc.) de las predicciones de los modelos teóricos en ciertas regiones. La interpretación de los resultados propuesta por los investigadores es que se ha fabricado un nuevo alótropo del fosforeno azul, en el que sobre su estructura hexagonal convencional (en esta figura a la izquierda) se superpone una segunda capa con trímeros de fósforo (a la derecha, con los trímeros como bolas blancas). Como siempre, futuros estudios tendrán que confirmar esta interpretación, así como la estabilidad de la nueva fase del fosforeno azul.



1 Comentario

Deja un comentario

Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 14 noviembre, 2018
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Physics • Science
Etiqueta(s): ,