La porta per lo sviluppo di dispositivi elettronici superiori, come circuiti flessibili, è stato scoperto dalla modellazione dei ricercatori di A*STAR dei possibili metodi per produrre uno degli ingredienti cruciali.

Il fosforene è una forma bidimensionale (2D) dell'elemento fosforo. Pur avendo proprietà elettroniche superiori ad altri materiali 2D come il grafene (carbonio 2D) e il silicene (silicio 2D), il potenziale di applicazione del fosforene in dispositivi ad alte prestazioni è stato limitato dalla difficoltà di produrne in modo affidabile quantità commercialmente valide in grandi, magro, forma di nanofoglio di alta qualità.

Attualmente, il fosforene può essere ottenuto solo mediante esfoliazione meccanica e chimica del fosforo nero, che è costoso e produce basse rese di film irregolari. Altri materiali 2D come il grafene e il bisolfuro di molibdeno possono essere coltivati ​​direttamente utilizzando la deposizione chimica da vapore e la deposizione fisica da vapore, ma non esistono metodi del genere per coltivare il fosforene.

Il nuovo modello sviluppato da Junfeng Gao e dai colleghi dell'A*STAR Institute of High Performance Computing consentirà ai ricercatori di affrontare questo impegnativo problema tecnico scegliendo le migliori condizioni di processo per la crescita di grandi, fosforene di alta qualità direttamente su una superficie.

Gao e il team hanno cercato di trovare il modo migliore per coltivare singoli strati di fosforene di alta qualità direttamente su una superficie modellando l'effetto di diversi substrati sulla crescita di una scaglia di fosforene contenente solo 27 atomi.

"La stabilità del nanoflake in crescita è altamente sensibile al substrato e cruciale per la sua crescita continua, " spiega Gao. "Se la forza di interazione è troppo debole, il substrato provoca l'incurvamento del fiocco; ma se l'interazione è troppo forte, i legami interni tra gli atomi di fosforene si rompono e si può formare una lega."

I ricercatori hanno confrontato l'effetto di due diversi substrati sulla crescita del nanoflake di fosforene:un substrato di rame, comunemente usato per la coltivazione del grafene, che si lega al fosforene attraverso forti processi chimici, e un substrato esagonale di nitruro di idrogeno boro (h-BN) che si accoppia con il fosforene tramite deboli legami di van der Waals.

Il substrato di rame ha causato la rottura del nanoflake, mentre l'h-BN non è stato in grado di stabilizzare la sua struttura piatta. Aumentando la forza del legame tra il nanoflake e il substrato h-BN, le loro simulazioni hanno mostrato che la crescita 2D del fosforene è stata mantenuta. "Il nostro lavoro è il primo tentativo di esplorare la crescita diretta del fosforene e fornisce una guida nella ricerca di substrati adatti, "dice Gao.