Minuscolo, individuale, nastri flessibili di fosforo cristallino sono stati realizzati dai ricercatori UCL in una prima mondiale, e potrebbero rivoluzionare l'elettronica e la tecnologia delle batterie a ricarica rapida.

Poiché l'isolamento del fosforene bidimensionale, che è l'equivalente in fosforo del grafene, nel 2014, più di 100 studi teorici hanno previsto che potrebbero emergere proprietà nuove ed entusiasmanti producendo "nastri" stretti di questo materiale. Queste proprietà potrebbero essere estremamente preziose per una vasta gamma di industrie.

In uno studio pubblicato oggi in Natura , ricercatori dell'UCL, l'Università di Bristol, Virginia Commonwealth and University e École Polytechnique Fédérale de Lausanne, descrivono come hanno formato quantità di nastri di fosforene di alta qualità da cristalli di fosforo nero e ioni di litio.

"È la prima volta che vengono realizzati singoli nanonastri di fosforene. Sono state previste proprietà entusiasmanti e le applicazioni in cui i nanonastri di fosforene potrebbero svolgere un ruolo trasformativo sono di vasta portata, " ha detto l'autore dello studio, Dr. Chris Howard (Fisica e Astronomia dell'UCL).

I nastri si formano con un'altezza tipica di uno strato atomico, larghezze di 4-50 nm e lunghe fino a 75 μm. Questo rapporto di aspetto è paragonabile a quello dei cavi che attraversano le due torri del Golden Gate Bridge.

"Utilizzando metodi di imaging avanzati, abbiamo caratterizzato i nastri nei minimi dettagli trovandoli estremamente piatti, cristallino e insolitamente flessibile. La maggior parte sono spessi solo un singolo strato di atomi ma dove il nastro è formato da più di uno strato di fosforene, abbiamo trovato passaggi senza soluzione di continuità tra 1-2-3-4 strati in cui il nastro si divide. Questo non è mai stato visto prima e ogni strato dovrebbe avere proprietà elettroniche distinte, " ha spiegato il primo autore, Mitch Watts (UCL Fisica e Astronomia).

Mentre i nanonastri sono stati realizzati con diversi materiali come il grafene, i nanonastri di fosforene qui prodotti hanno una gamma più ampia di larghezze, altezza, lunghezze e proporzioni. Inoltre, possono essere prodotti in scala in un liquido che potrebbe poi essere utilizzato per applicarli in volume a basso costo per le applicazioni.

Il team afferma che le aree di applicazione previste includono batterie, celle solari, dispositivi termoelettrici per convertire il calore di scarto in elettricità, fotocatalisi, nanoelettronica e nell'informatica quantistica. Cosa c'è di più, l'emergere di effetti esotici compreso il nuovo magnetismo, Sono state previste anche onde di densità di spin e stati topologici.

I nanonastri si formano mescolando fosforo nero con ioni di litio disciolti in ammoniaca liquida a -50 gradi C. Dopo ventiquattro ore, l'ammoniaca viene rimossa e sostituita con un solvente organico che forma una soluzione di nanonastri di dimensioni miste.

"Stavamo cercando di realizzare fogli di fosforene, quindi siamo rimasti molto sorpresi nello scoprire che avevamo realizzato dei nastri. Affinché i nanonastri abbiano proprietà ben definite, le loro larghezze devono essere uniformi per tutta la loro lunghezza, e abbiamo scoperto che questo era esattamente il caso dei nostri nastri, " ha detto il dottor Howard.

"Allo stesso tempo di scoprire i nastri, i nostri strumenti per caratterizzare le loro morfologie stavano evolvendo rapidamente. Il microscopio a forza atomica ad alta velocità che abbiamo costruito presso l'Università di Bristol ha le capacità uniche di mappare le caratteristiche su scala nanometrica dei nastri sulle loro lunghezze macroscopiche, " ha spiegato il co-autore Dr. Loren Picco (VCU Physics).

"Potremmo anche valutare la gamma di lunghezze, larghezze e spessori prodotti in modo molto dettagliato mediante l'imaging di molte centinaia di nastri su ampie aree."

Pur continuando a studiare le proprietà fondamentali dei nanonastri, il team intende esplorare anche il loro utilizzo nell'accumulo di energia, trasporto elettronico e dispositivi termoelettrici attraverso nuove collaborazioni globali e lavorando con team di esperti in tutta UCL.