I materiali stratificati bidimensionali (2-D) hanno ricevuto notevole attenzione per le loro potenziali applicazioni sin dalla scoperta sperimentale del grafene. I semiconduttori elementari bidimensionali teorici promettono caratteristiche superiori in termini di fabbricazione, depurazione e doping. Il fosforo nero a pochi strati (BP) è il primo semiconduttore mono-elementare 2-D con elevata mobilità del vettore elettronico, forte assorbimento ottico, dicroismo lineare, e alta sintonizzabilità con i campi esterni. Però, la stabilità dell'aria imperfetta e le difficoltà nella fabbricazione su larga scala sono problemi rimanenti che inibiscono le applicazioni pratiche di BP a pochi strati. Così, ricercatori cercano possibili alternative che consentano anche a basso costo, sintesi su larga scala, e offrono una buona stabilità ambientale senza sacrificare i vantaggi di BP.

Il professor Wei Ji e il suo gruppo di ricerca presso la Renmin University of China hanno modellato teoricamente superfici e interfacce di materiali elettronici emergenti per prevedere le proprietà fisiche dei dispositivi composti da questi materiali. Recentemente, hanno collaborato con il Prof. Yang Chai della Hong Kong Polytechnic University per segnalare uno studio teorico di un romanzo, materiale 2-D simile a una catena, vale a dire α-tellurio a pochi strati (FL-α-Te), e prevedeva che questo materiale avesse una mobilità dei portatori estremamente elevata con un bandgap sintonizzabile a strati, forte assorbimento della luce, miscelazione di modi vibrazionali, mappe energetiche dipendenti dallo strato delle bande di valenza e conduzione, tra le altre proprietà sorprendenti.

Il FL-α-Te è un materiale rappresentativo di materiali unidimensionali stratificati, che sono una categoria innovativa e in rapido sviluppo di materiali 2-D. Per prima cosa hanno esaminato la stabilità di tre probabili fasi a pochi strati utilizzando calcoli all'avanguardia della teoria del funzionale della densità. Il loro calcolo mostra che l'α-tellurio è la fase più stabile per strati a doppio strato e più spessi. Data questa stabilità, hanno scoperto che un quasi-legame di tipo covalente (CLQB) domina l'interazione tra le catene nelle direzioni sia intra che inter-strato. Questo CLQB è analogo alle interazioni interstrato trovate in BP, PtS2 o PtSe2, mostrando l'ibridazione della funzione d'onda ma senza guadagno di energia extra.

Sono riusciti a correlare questo legame con le strutture geometriche ed elettroniche dipendenti dallo strato e i loro comportamenti risultanti in termini di energia elettrica, proprietà ottiche e vibrazionali. L'α-Te a pochi strati ha una mobilità dei fori estremamente elevata fino a 105 cm2/Vs eccezionalmente lungo la direzione non covalente (CLQB) e 103 cm2/Vs per la direzione covalente, bandgap sintonizzabile da 0,31 eV (Bulk) a 1,17 eV (2L), comportamenti vibrazionali anisotropi inter-catena (-strato), un crossover delle costanti di taglio intercalare e della forza respiratoria, grande resistenza ideale (oltre il 20%) e forte assorbimento della luce quasi isotropo (fino al 9% per strato) da una geometria altamente anisotropa. Hanno anche scoperto all'interno di pochi strati di α-Te che le superfici energetiche di entrambe le bande di valenza e di conduzione si sviluppano sostanzialmente dalla massa al doppio strato, esibendo un profilo di linea "a M" della tasca del foro, che di solito si trovava negli isolanti topologici, ed è ideale per termoelettrici.

Questo materiale offre la maggior parte delle proprietà sorprendenti di BP insieme a una migliore stabilità ambientale, un costo di fabbricazione molto più basso (con metodi di chimica umida) e un maggiore assorbimento della luce rispetto a quelli di BP. In questo scenario, FL-α-Te potrebbe essere considerato un successore superiore di BP. La straordinaria mobilità dei vettori rivelata nella direzione CLQB aggiorna concettualmente la comprensione del ruolo delle interazioni non covalenti nella mobilità dei vettori e può aprire una nuova strada per la ricerca di materiali ad alta mobilità dei vettori.