Когда двумерные слои, содержащие кольца из пяти атомов фосфора (пентамеры фосфора), формируются на поверхности серебра путем самосборки, слой фосфора сохраняет свои полупроводниковые свойства, а на границе с поверхностью серебра образуется специальный интерфейс (переход Шоттки полупроводник-металл p-типа). Кредит: Р. Павляк, физический факультет Базельского университета
Фосфор является жизненно важным компонентом каждого организма и играет ключевую роль, например, в передаче энергии в организме и внутри клеточных мембран, костей и зубов. Фосфор также является особенным, поскольку он встречается в многочисленных различных формах (аллотропах). Например, есть очень взрывоопасный, токсичный белый фосфор, более стабильный красный фосфор, известный из спичечных головок, или кристаллический, полупроводниковый черный фосфор. Последний имеет многочисленные применения в электронных устройствах.
Разнообразие соединений фосфора и их физических и химических свойств может быть дополнительно расширено за счет самосборки двумерных фосфорных структур на поверхностях.
Различные двумерные слои
Исследователи из группы под руководством профессора Эрнста Мейера с факультета физики и Швейцарского института нанонаук Базельского университета теперь создали различные двумерные структуры фосфора на серебряных поверхностях путем испарения атомов фосфора. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Помимо цепочек и шестиугольных колец, они также создали плоские кольца из пяти атомов фосфора (пентамеры фосфора), каждый из которых ведет себя как анион, т.е. заряжен отрицательно.
Чтобы оценить, подходят ли такие 2D-слои, состоящие из пентамеров фосфора, для применения в наноэлектронике и нанооптике, необходимо охарактеризовать свойства атомного слоя и исследовать взаимодействие с металлической поверхностью.
Значимые данные с помощью комбинации методов
Используя комбинацию атомно-силовой и сканирующей туннельной спектроскопии при низких температурах 4 Кельвина (-269,15 °C), исследователи обнаружили, что пентамеры фосфора сохраняют свои полупроводниковые свойства на поверхности серебра.
«Это отличает слой фосфора от гексагонального слоя графена, например, который является металлическим при прямом контакте с металлической поверхностью», — объясняет доктор Реми Павляк, руководивший экспериментами.
Слой пентамера фосфора заставляет электроны переходить из металла в слой фосфора, и образуется специальный пограничный слой, известный как переход Шоттки полупроводник-металл p-типа.
«Формирование перехода Шоттки на границе может обеспечить применение в полевых транзисторах, в солнечных батареях или в качестве диодов», — добавляет профессор Эрнст Мейер.
Результаты были подтверждены моделированием, проведенным исследовательскими группами из Шэньчжэня и Шанхая в Китае.
Дополнительная информация: Аутман Шахиб и др., Исследование перераспределения заряда на границе самоорганизующихся пентамеров цикло-P5 на Ag(111), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50862-4
Информация о журнале: Nature Communications
Предоставлено Базельским университетом
