Wetenschappers die dunne lagen fosfor bestuderen, hebben verrassende eigenschappen gevonden die de deur kunnen openen naar ultradunne en ultralichte zonnecellen en LED's.

Het team gebruikte plakband om dikke lagen met één atoom te maken, fosforeen genoemd, op dezelfde eenvoudige manier als de Nobelprijswinnende ontdekking van grafeen.

In tegenstelling tot grafeen, fosforeen is een halfgeleider, zoals silicium, die de basis vormt van de huidige elektronicatechnologie.

"Omdat fosforeen zo dun en licht is, het schept mogelijkheden om veel interessante apparaten te maken, zoals leds of zonnecellen, " zei hoofdonderzoeker Dr. Yuerui (Larry) Lu, van de Australian National University (ANU).

"Het vertoont veelbelovende lichtemissie-eigenschappen."

Het team creëerde fosforeen door herhaaldelijk plakband te gebruiken om dunnere en dunnere lagen kristallen van de zwarte kristallijne vorm van fosfor af te pellen.

Naast het creëren van veel dunnere en lichtere halfgeleiders dan silicium, fosforeen heeft lichtemissie-eigenschappen die sterk variëren met de dikte van de lagen, wat veel meer flexibiliteit voor de productie mogelijk maakt.

"Deze eigenschap is nog nooit eerder gerapporteerd in enig ander materiaal, " zei dokter Lu, van ANU College of Engineering and Computer Science, wiens studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Serial Licht:wetenschap en toepassingen .

"Door het aantal lagen te veranderen, kunnen we de band gap strak beheersen, die de eigenschappen van het materiaal bepaalt, zoals de kleur van LED het zou maken.

"Je kunt heel duidelijk onder de microscoop de verschillende kleuren van het monster zien, die je vertelt hoeveel lagen er zijn, ’ zei dokter Lu.

Het team van Dr. Lu ontdekte dat de optische opening voor monolaag fosforeen 1,75 elektronvolt was, overeenkomend met rood licht met een golflengte van 700 nanometer. Naarmate er meer lagen werden toegevoegd, de optische kloof nam af. Bijvoorbeeld, voor vijf lagen, de optische spleetwaarde was 0,8 elektronvolt, een infrarode golflengte van 1550 nanometer. Voor zeer dikke lagen, de waarde was ongeveer 0,3 elektronvolt, een midden-infrarode golflengte van ongeveer 3,5 micron.

Het gedrag van fosforeen in dunne lagen is superieur aan silicium, zei dokter Lu.

"De oppervlaktetoestanden van fosfor worden geminimaliseerd, in tegenstelling tot silicium, waarvan de oppervlaktetoestanden ernstig zijn en voorkomen dat het in zo'n dunne staat wordt gebruikt."