蓝磷半导体如何变成金属

化学元素磷被认为是生命中最重要的元素之一。磷化合物与生物的结构和功能密切相关。每个人体内都会携带约一公斤的蛋白质。但是，即使在我们的身体外部，我们每天也都被磷酸盐和膦酸盐包围：在我们的食物，洗涤剂，化肥或药物中。

磷以几种性质极为不同的修饰形式出现。在正常条件下，将白磷，紫磷，红磷和黑磷区分开来。2014年，密歇根州立大学的一个研究小组通过计算预测了“蓝磷”，该蓝磷可以在两年后通过实验生产。

蓝磷是所谓的二维(2-D)材料。由于其单层蜂窝状结构，它让人联想到可能是最著名的二维材料：石墨烯。与其著名的先驱类似，它也被称为蓝色磷烯。此后，这种新型半导体材料已被视作光电子器件的极有希望的候选者。

德累斯顿化学家Thomas Heine教授与墨西哥科学家合作，现已发现了一个独特的发现：通过应用拓扑概念，他们通过对高性能进行了高精度的计算，从而计算出了非常稳定的蓝色磷化两层弯曲蜂窝状蜂窝结构。电脑。这种两层化合物非常稳定。正如科学家惊奇地发现的那样，由于两层之间的距离很小，因此它具有金属特性。这些调查的结果作为最新文章发表在《物理评论快报》上。

像所有组件一样，必须为这些设备供电，电源通常会通过金属电极进入材料。在金属-半导体界面上，能量损失是不可避免的，这种效应被称为肖特基势垒。蓝磷是单层半导体，但预计是双层金属。金属二维材料非常稀少，并且首次发现纯元素材料表现出从单层到双层的半导体金属过渡。因此，仅由一种化学元素就可以实现用于晶体管或光电池的电子或光电组件。由于这些器件中的半导体和金属之间没有界面，因此肖特基势垒大大降低，可以期待更高的效率。

“想象一下，您将两层纸彼此叠放在一起，然后突然两层金属片像金箔一样闪闪发光。这正是我们对蓝色磷烯的预测。这项工作突显了跨学科性在基础研究中的重要性。使用拓扑数学通过模型和理论化学，我们能够在计算机上设计新材料并预测其物理性质。预计将在纳米和光电子学领域中应用。”

由于在基础研究中取得了这些令人鼓舞的结果，来自墨西哥的第一作者Jessica Arcudia已被授予LatinXChem海报奖和ACS总统奖。这位年轻的化学家于2018年在Thomas Heine的研究小组中做客座学生，她的博士生导师Gabriel Merino教授以前也曾在这里工作过。