Черный фосфор может стать основой новой электроники

Вслед за графеном учёные изучают свойства других химических веществ, имеющих похожую структуру — тонкий атомарной толщины слой и регулярное расположение атомов. Одним из таких материалов является чёрный фосфор с уникальной для полупроводников шириной запрещённой зоны. Выяснилось, что эту характеристику чёрного фосфора можно менять в широких пределах простой деформацией — сжатием, растяжением и изгибом.

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели серию экспериментов с чёрным фосфором (black phosphorous, BP), в которых показали влияние различных типов механического воздействия на материал. В сочетании с дисульфидом молибдена (MoS2) на полиимидной подложке пластинку чёрного фосфора сгибали, сжимали и растягивали. Для гибких смартфонов подошло бы идеально! В процессе опытов выяснилось, что ширина запрещённой зоны материала менялась в достаточно широком диапазоне. Это означает, что светодиоды и фотодиоды на основе чёрного фосфора можно механически перестраивать на работу в целом спектре излучения, с чем хорошо справляются микроэлектромеханические элементы (MEMS).

Сегодня при создании оптоэлектронных приборов для работы с несколькими длинами волн используются светодиоды и фотодиоды с фиксированной длиной волны. Опытный элемент на основе чёрного фосфора показал возможность обратимой и управляемой механической перестройки диапазона излучения и приёма от 2,3 до 5,5 мкм. Это коротковолновый и средневолновый инфракрасный диапазон. Что важно, структуры очень эластичные и прочные, что позволяет выдерживать бесчисленные физические нагрузки на материал. Производители электросамокатов очень ждут такие материалы.

В перспективе учёные рассчитывают создать фотоэлементы из ЧФ для работы в видимом инфракрасном диапазоне. К примеру, это позволит создать компактные очки ночного видения с перестраиваемой чувствительностью (очень актуально для водителей дальнобойщиков или тех, кто перевозит людей). Этому материалу найдётся масса применений — от универсальных датчиков целого спектра химических элементов до вычислительной и телекоммуникационной электроники.