Ook van fosfor kun je plakjes maken van één atoom dik. En dat ‘fosforeen’ is voor elektronicatoepassingen misschien nog wel beter dan grafeen, suggereren onderzoekers van Purdue University.

Je moet hiervoor uitgaan van zwarte fosfor, een vorm die veel minder reactief is dan de bekendere witte en rode varianten. Van zwarte fosfor was al bekend dat de structuur gelaagd is, net als die van grafiet. En Peide Ye en collega’s hebben nu proefondervindelijk bewezen dat Andre Geims oorspronkelijke truc om grafeenlaagjes los te trekken met een stukje plakband, ook bij zwarte fosfor werkt.

Meestal krijg je zo overigens geen enkellaags fosforeen in handen maar laagjes van een paar atomen dik.

Het leuke van dit fosforeen is dat het een p-type halfgeleider blijkt te zijn, dus eentje met een gebrek aan elektronen. Voorlopig is het het enige 2D-materiaal met deze eigenschap.

Een n-type halfgeleider (dus met elektronen teveel) was er al wel in 2D: molybdeendisulfide (MoS2), ook al een materiaal dat zich leent voor de plakbandtruc. Van elk van beide materiaaltypes kun je transistoren maken, maar voor iets complexere schakelingen is het wel zo handig als je over allebei tegelijk kunt beschikken.

In een conceptpublicatie die online staat op arXiv.org meldt Ye dat hij inmiddels inderdaad fosforeentransistoren heeft gemaakt, en de belangrijkste elektrische eigenschappen heeft kunnen meten. Die blijken sterk afhankelijk van de oriëntatie, wat logisch is omdat fosforeen niet plat is maar geribbeld.

Heel apart is dat de voor elektronica belangrijke ‘band gap’ sterk afhankelijk blijkt van het aantal lagen. Bij een monolaag is hij het grootst, wat een stimulans is om naar een meer betrouwbare productiemethode te zoeken dan dat plakbandje.

De onderzoekers hebben al fosforeen- en MoS2-transistoren gecombineerd tot een zogeheten inverter, het simpelste onderdeel van zogeheten CMOS-schakelingen. Het is voor het eerst dat zoiets in 2D is gerealiseerd.

In Chemistry World tekent grafeendeskundige Andrea Ferrari er overigens bij aan dat er zeker 500 materialen bestaan waarvan je in theorie 2D-laagjes moet kunnen lostrekken. Er komen dus nog wel wat verrassingen aan.

bron: ChemistryWorld

Onderwerpen