Camada 2D de pentâmeros de fósforo mostra propriedades semicondutoras na superfície da prata


08 de agosto de 2024

(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.Camada 2D de pentâmeros de fósforo mostra propriedades semicondutoras na superfície da prataQuando camadas bidimensionais contendo anéis de cinco átomos de fósforo (pentâmeros de fósforo) são formadas em uma superfície de prata por automontagem, a camada de fósforo retém suas propriedades semicondutoras e uma interface especial (uma junção Schottky semicondutora-metal tipo p) se forma na interface com a superfície de prata. (Imagem: R. Pawlak, Departamento de Física, Universidade de Basel)

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.

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