Veel compacte systemen die mid-infraroodtechnologie gebruiken, ondervinden nog steeds compatibiliteitsproblemen bij integratie met conventionele elektronica. Zwarte fosfor heeft de aandacht getrokken voor het overwinnen van deze uitdagingen dankzij een breed scala aan toepassingen in fotonische circuits.

Onderzoek gepubliceerd in Technische Natuurkunde Beoordelingen benadrukt het potentieel van het materiaal voor opkomende apparaten, variërend van medische beeldvorming tot omgevingsmonitoring.

Wetenschappers van de National University of Singapore hebben het tot nu toe uitgevoerde wetenschappelijke werk beoordeeld om zwarte fosfor te gebruiken voor opto-elektronicachips van de volgende generatie. In de krant, de groep beoordeelt de voortgang in verschillende onderdelen van de chips, van lichtdetectie tot laseremissie.

"Het uitbreiden van de golflengte van nabij-infrarood naar midden-infrarood maakt meer gediversifieerde functies mogelijk die verder gaan dan communicatie en computergebruik, ", zei auteur Kah-Wee Ang. "Sensing is een van de belangrijkste potentiële toepassingen in mid-infrarood, omdat het dient om de echte wereld waarin we leven te verbinden met het virtuele systeem op de chip."

Zwarte fosfor bereikt zijn veelbelovende veelzijdigheid door de verschillende manieren waarop het kan worden gemanipuleerd als een 2D-materiaal. Deze eigenschappen maken het aantrekkelijk voor de opto-elektronica, waarin informatie die wordt overgebracht met behulp van conventionele op elektronen gebaseerde chips wordt gecombineerd met opkomende technologie die fotonen gebruikt om informatie te verzenden.

Verder gaan dan thermische beeldvorming, mid-infraroodtechnologie kan worden toegepast voor het identificeren van moleculaire "vingerafdrukken" of het gebruik van unieke kenmerken van de midden-infrarode golflengten om 3D-structuren en beweging te analyseren om door de mens gemaakte objecten van natuurlijke objecten te onderscheiden.

"Als we een compact midden-infraroodsysteem zouden kunnen realiseren, kunnen we toepassingen actualiseren, zoals gezondheidsmonitoring en detectie van giftige gassen, met een kleine chip in een handapparaat, ' zei Ang.

Door het aantal lagen te wijzigen, het toepassen van een verticaal elektrisch veld en het introduceren van chemische doping met relatief gemak, het materiaal kan de elektronenenergieniveaus efficiënt afstemmen op de gewenste behoeften van een apparaat. Deze nauwkeurige afstemming zou een belangrijke rol kunnen spelen in de elektro-optische modulatie die nodig zou zijn voor snellere computers en datacommunicatie, evenals zwakke signaaldetectie en spectrumanalyse.

Ondanks zijn belofte, wijdverbreide productie van atoomdikke lagen zwarte fosfor blijft een uitdaging.

"We vertrouwen vaak op afschilfering met tape om dunne-film zwarte fosfor te verkrijgen, dat geen volledig herhaalbaar proces is, Ang zei. "Grootschalige groei, indien bereikt, zou een doorbraak zijn om de op zwarte fosfor gebaseerde technologie vooruit te helpen."

Ang hoopt dat de beoordeling de komende jaren zwarte fosfor helpt te cementeren als een essentieel materiaal in opto-elektronica van de volgende generatie en wil blijven werken aan krachtige en compacte circuitprototypes.