Het is bewezen dat een nieuw atomair dun materiaal vergelijkbaar met grafeen een veelbelovend nieuw supergeleidend materiaal is.

Zwarte fosfor - een gelaagd materiaal, enigszins vergelijkbaar met grafiet - heeft veel opwinding veroorzaakt bij wetenschappers en ingenieurs vanwege de vele interessante en bruikbare elektronische en optische eigenschappen.

Net zoals grafiet is opgebouwd uit miljoenen lagen grafeen, zwarte fosfor bestaat uit lagen fosforeen die kunnen worden geïsoleerd. Nieuw onderzoek onthult nu dat fosforeen eigenschappen bezit die even intrigerend zijn als grafeen.

Door grafeen te combineren met andere nieuwe 2D-materialen zoals fosforeen, die afzonderlijk uitstekende eigenschappen hebben die complementair zijn aan de buitengewone eigenschappen van grafeen, heeft geleid tot spannende wetenschappelijke ontwikkelingen en zou tot toepassingen kunnen leiden die onze verbeelding tot nu toe te boven gaan.

Nu helpt fosforeen wetenschappers om de vraag te beantwoorden of materialen die uit slechts één laag atomen bestaan, supergeleidend kunnen zijn. Supergeleiders geleiden elektriciteit zonder weerstand en zijn altijd gewild vanwege hun potentiële toepassingen in sensoren, energiezuinige hoogspanningslijnen en magneten die grote magnetische velden kunnen opwekken, zoals die worden gebruikt in MRI-scanners en zwevende treinen.

Met behulp van fosfor, een team van de Universiteit van Manchester onder leiding van professor Irina Grigorieva laat duidelijk zien dat atomair dunne materialen echte supergeleiders kunnen zijn, zolang er maar genoeg elektronen in de lagen worden gepompt.

Atomair dunne supergeleiders zijn wenselijk in miniatuurapparaten, maar ook van groot belang voor wetenschappers omdat ze kunnen worden gebruikt om ideeën over de grenzen van het bestaan ​​van supergeleiding te testen.

Bulkmaterialen worden vaak supergeleidend als er voldoende elektronen worden toegevoegd en ze sterk met elkaar gaan interageren. Supergeleiding in tweedimensionale materialen van één atoom dik werd pas tien jaar geleden ontdekt, maar de bevindingen verwezen vaak niet naar geïsoleerde atomair dunne lagen, maar naar hun massa-assemblages en het bewijs was tot nu toe zwak en soms controversieel.

In een rapport gepubliceerd in Natuurcommunicatie , wetenschappers gebruikten een proces dat intercalatie wordt genoemd - in wezen het coaten van fosforeenlagen in zwarte fosfor met verschillende alkaliatomen die hun elektronen aan fosforeen doneren. Telkens veranderde dit zwarte fosfor in een supergeleider met precies dezelfde eigenschappen, ongeacht wat voor soort atomen werden gebruikt om elektronen toe te voegen aan de lagen fosforeen.

Prof Irina Grigorieva zei:"Zoiets was eerder niet bekend. Dit nieuwe begrip is belangrijk voor de ontwikkeling van atomair dunne materialen voor toepassingen in elektronica en kwantumtechnologieën."

Renyan Zhang, een promovendus die de experimentele inspanning leidde, zei:"Fosforeen en zijn moedermateriaal, zwarte fosfor, zijn in veel opzichten vergelijkbaar met grafeen en grafiet, dus we verwachtten dat elk elektrondonerend metaal een andere supergeleider zal produceren, zoals het geval is met grafeen en grafiet. Maar tot onze grote verbazing produceerden alle metaaldonoren precies hetzelfde supergeleidende materiaal, met identieke eigenschappen."