De deur naar het ontwikkelen van superieure elektronische apparaten, zoals flexibele circuits, is opengebroken door de modellering van A*STAR-onderzoekers van mogelijke methoden om een ​​van de cruciale ingrediënten te vervaardigen.

Fosforeen is een tweedimensionale (2D) vorm van het element fosfor. Ondanks dat elektronische eigenschappen superieur zijn aan andere 2D-materialen zoals grafeen (2D-koolstof) en siliceen (2D-silicium), Het potentieel van fosforeen voor toepassing in hoogwaardige apparaten is beperkt door de moeilijkheid om op betrouwbare wijze commercieel levensvatbare hoeveelheden ervan te produceren in grote, dun, hoogwaardige nanosheetvorm.

Momenteel, fosforeen kan alleen worden verkregen door mechanische en chemische afschilfering van zwarte fosfor, hetgeen kostbaar is en lage opbrengsten van ongelijkmatige films oplevert. Andere 2D-materialen zoals grafeen en molybdeendisulfide kunnen direct worden gekweekt met behulp van chemische dampafzetting en fysieke dampafzetting, maar dergelijke methoden bestaan ​​niet voor het kweken van fosforeen.

Het nieuwe model ontwikkeld door Junfeng Gao en collega's van het A*STAR Institute of High Performance Computing zal het voor onderzoekers mogelijk maken om dit uitdagende technische probleem aan te pakken door de beste procesomstandigheden te kiezen voor de groei van grote, hoogwaardige fosforeen direct op een oppervlak.

Gao en het team probeerden de beste manier te vinden om enkele lagen fosforeen van hoge kwaliteit rechtstreeks op een oppervlak te kweken door het effect van verschillende substraten op de groei van een fosforeenvlok met slechts 27 atomen te modelleren.

"De stabiliteit van de groeiende nanovlok is zeer gevoelig voor het substraat en cruciaal voor de aanhoudende groei, " legt Gao uit. "Als de interactiesterkte te zwak is, het substraat zorgt ervoor dat de vlok gaat knikken; maar als de interactie te sterk is, de binnenste bindingen tussen de fosforeenatomen zullen breken en er kan zich een legering vormen."

De onderzoekers vergeleken het effect van twee verschillende substraten op de groei van de fosforeen-nanoflake - een kopersubstraat, vaak gebruikt voor het kweken van grafeen, die zich bindt met het fosforeen door sterke chemische processen, en een hexagonaal waterstofboornitride (h-BN) substraat dat via zwakke van der Waals-bindingen aan het fosforeen koppelt.

Het kopersubstraat zorgde ervoor dat de nanovlok brak, terwijl de h-BN zijn platte structuur niet kon stabiliseren. Door de sterkte van de binding tussen de nanoflake en het h-BN-substraat te versterken, hun simulaties toonden aan dat de 2D-groei van het fosforeen werd gehandhaafd. "Ons werk is de eerste poging om de directe groei van fosforeen te onderzoeken en biedt begeleiding bij het zoeken naar geschikte substraten, ' zegt Gao.