Molti sistemi compatti che utilizzano la tecnologia a infrarossi medi continuano ad affrontare problemi di compatibilità durante l'integrazione con l'elettronica convenzionale. Il fosforo nero ha attirato l'attenzione per superare queste sfide grazie a un'ampia varietà di usi nei circuiti fotonici.

Ricerca pubblicata in Recensioni di fisica applicata mette in evidenza il potenziale del materiale per i dispositivi emergenti che vanno dall'imaging medico al monitoraggio ambientale.

Gli scienziati della National University of Singapore hanno esaminato il lavoro scientifico condotto finora sull'utilizzo del fosforo nero per i chip optoelettronici di prossima generazione. Nella carta, il gruppo valuta i progressi nelle diverse componenti dei chip, dal rilevamento della luce all'emissione laser.

"L'estensione della lunghezza d'onda dal vicino infrarosso al medio infrarosso consente funzioni più diversificate oltre la comunicazione e l'informatica, " ha affermato l'autore Kah-Wee Ang. "Il rilevamento è una delle più importanti potenziali applicazioni nel medio infrarosso, in quanto serve a connettere il mondo reale in cui viviamo al sistema virtuale su chip."

Il fosforo nero raggiunge la sua promettente versatilità attraverso i vari modi in cui può essere manipolato come materiale 2-D. Queste caratteristiche lo rendono interessante per il campo dell'optoelettronica, in cui le informazioni veicolate tramite chip convenzionali a base di elettroni sono combinate con la tecnologia emergente che utilizza i fotoni per trasmettere le informazioni.

Andando oltre gli usi della termografia, la tecnologia del medio infrarosso può essere applicata per identificare le "impronte digitali" molecolari o utilizzare caratteristiche uniche delle lunghezze d'onda del medio infrarosso per analizzare le strutture e il movimento 3D per distinguere gli oggetti creati dall'uomo da quelli naturali.

"Se potessimo realizzare un sistema a medio infrarosso compatto, potremmo essere in grado di realizzare applicazioni, come il monitoraggio della salute e il rilevamento di gas tossici, con un piccolo chip in un dispositivo portatile, " ha detto Ang.

Modificando il numero di strati, applicando un campo elettrico verticale e introducendo il drogaggio chimico con relativa facilità, il materiale può regolare in modo efficiente i livelli di energia degli elettroni in base alle esigenze desiderate del dispositivo. Questa precisa sintonizzazione potrebbe essere strumentale nella modulazione elettro-ottica che sarebbe necessaria per un calcolo e una comunicazione dati più veloci, così come il rilevamento del segnale debole e l'analisi dello spettro.

Nonostante la sua promessa, la produzione diffusa di strati spessi atomici di fosforo nero rimane impegnativa.

"Spesso ci affidiamo all'esfoliazione con nastro adesivo per ottenere fosforo nero a film sottile, che non è un processo completamente ripetibile, " ha detto Ang. "Crescita su larga scala, se raggiunto, sarebbe una svolta per far progredire la tecnologia basata sul fosforo nero".

Ang spera che la revisione aiuti a cementare il fosforo nero come materiale essenziale nei dispositivi optoelettronici di prossima generazione nei prossimi anni e cerca di continuare a lavorare verso prototipi di circuiti compatti e ad alte prestazioni.