(Notícias Nanowerk) O fósforo é um elemento excitante: é essencial para a sobrevivência de organismos e promete inúmeras aplicações eletrônicas. Com isso em mente, pesquisadores da Universidade de Basel sintetizaram camadas bidimensionais contendo anéis de cinco átomos de fósforo (pentâmeros de fósforo (ciclo-P5)) em uma superfície de prata.
Pela primeira vez, eles conseguiram investigar suas propriedades eletrônicas usando força atômica combinada e espectroscopia de tunelamento de varredura. Eles descobriram que a camada de pentâmero de fósforo atômico retém suas propriedades semicondutoras e forma uma interface eletrônica especial onde a camada se une à superfície de prata (junção Schottky semicondutor-metal tipo p).
Isso mostra que os pentâmeros de fósforo na superfície da prata atendem a um requisito básico para aplicações em transistores de efeito de campo, diodos ou células solares, conforme relatado recentemente pela equipe de pesquisa na revista científica Comunicações da Natureza (“Investigando a redistribuição de carga na interface de pentâmeros ciclo-P5 automontados em Ag(111)”).
O fósforo é um componente important de todo organismo e desempenha um papel elementary, por exemplo, na transferência de energia no corpo e dentro das membranas celulares, ossos e dentes. O fósforo também é especial porque ocorre em inúmeras formas diferentes (alótropos).
Por exemplo, há o fósforo branco altamente explosivo e tóxico, o fósforo vermelho mais estável conhecido de cabeças de fósforo, ou o fósforo preto cristalino e semicondutor. Este último tem inúmeras aplicações em dispositivos eletrônicos. A variedade de compostos de fósforo e suas propriedades físicas e químicas podem ser ainda mais estendidas pela automontagem de estruturas bidimensionais de fósforo em superfícies.

Várias camadas bidimensionais
Pesquisadores do grupo liderado pelo Professor Ernst Meyer do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basileia produziram várias estruturas bidimensionais de fósforo em superfícies de prata evaporando átomos de fósforo.
Além de cadeias e anéis hexagonais, eles também produziram anéis planares de cinco átomos de fósforo (pentâmeros de fósforo), cada um dos quais se comporta como um ânion, ou seja, é carregado negativamente. A fim de avaliar se tais camadas 2D consistindo de pentâmeros de fósforo são adequadas para aplicações em nanoeletrônica e nanoóptica, é necessário caracterizar as propriedades da camada atômica e investigar as interações com a superfície metálica.
Dados significativos por meio de uma combinação de métodos
Usando uma combinação de força atômica e espectroscopia de tunelamento de varredura em baixas temperaturas de 4 kelvin (-269,15 °C), os pesquisadores descobriram que os pentâmeros de fósforo retêm suas propriedades semicondutoras na superfície da prata.
“Isso distingue a camada de fósforo de uma camada hexagonal de grafeno, por exemplo, que é metálica quando em contato direto com uma superfície metálica”, explica o Dr. Rémy Pawlak, que supervisionou os experimentos.
A camada de pentâmero de fósforo faz com que os elétrons passem do metallic para a camada de fósforo e uma camada limite especial, conhecida como junção Schottky semicondutor-metal tipo p, é formada. “A formação de uma junção Schottky na interface pode permitir aplicações em transistores de efeito de campo, em células solares ou como diodos”, acrescenta o professor Ernst Meyer.
Os resultados foram confirmados por simulações realizadas por grupos de pesquisa de Shenzhen e Xangai, na China.