Tot voor kort, het bestaan ​​van 'blauwe' fosfor was pure theorie. Nutsvoorzieningen, een HZB-team heeft bij BESSY II voor het eerst monsters van blauwe fosfor onderzocht en hun elektronische bandstructuur in kaart gebracht. Ze melden dat het een exotische fosformodificatie vertegenwoordigt. Blauwe fosfor is een interessante kandidaat voor nieuwe opto-elektronische apparaten.

Fosfor bestaat in verschillende allotropen en verandert zijn eigenschappen bij elke nieuwe vorm. Tot dusver, rood, paars, witte en zwarte fosfor zijn gemeld. Hoewel sommige fosforverbindingen essentieel zijn voor het leven, witte fosfor is giftig en brandbaar.

Nutsvoorzieningen, een andere allotroop is geïdentificeerd. In 2014, een team van de Michigan State University in de VS voerde modelberekeningen uit om te voorspellen dat blauwe fosfor ook stabiel zou moeten zijn. In deze vorm, de fosforatomen rangschikken in een honingraatstructuur vergelijkbaar met grafeen. Echter, de structuur is niet helemaal vlak maar regelmatig verbogen. Modelberekeningen toonden aan dat blauwe fosfor geen halfgeleider met smalle spleet is zoals zwarte fosfor in de bulk, maar bezit de eigenschappen van een halfgeleider met een vrij grote bandafstand van twee elektronvolt. Deze grote kloof, die zeven keer groter is dan in bulk zwarte fosfor, is belangrijk voor opto-elektronische toepassingen.

in 2016, blauwe fosfor werd met succes gestabiliseerd op een goudsubstraat door verdamping. Hoe dan ook, er is pas onlangs gemeld dat het resulterende materiaal inderdaad blauwe fosfor is. Hiertoe, een team van HZB rond Evangelos Golias onderzocht de elektronische bandstructuur van het materiaal bij BESSY II. Ze waren in staat om met hoek-opgeloste foto-elektronenspectroscopie de verdeling van elektronen in de valentieband te meten, vaststelling van de ondergrens voor de bandafstand van blauwe fosfor.

Ze ontdekten dat de P-atomen niet onafhankelijk van het goudsubstraat rangschikken, maar zich proberen aan te passen aan de afstanden van de Au-atomen. Hierdoor wordt het gegolfde honingraatrooster op regelmatige wijze vervormd, die op zijn beurt het gedrag van elektronen in blauwe fosfor beïnvloedt. Als resultaat, de bovenkant van de valentieband die het ene uiteinde van de halfgeleidende bandafstand definieert, komt overeen met de theoretische voorspellingen over zijn energiepositie, maar is wat verschoven.

"Tot dusver, onderzoekers hebben voornamelijk zwarte fosfor in bulk gebruikt om atomair dunne lagen te exfoliëren, " zegt professor Oliver Rader, hoofd HZB-afdeling Materialen voor groene spintronica. "Deze vertonen ook een grote halfgeleidende bandkloof, maar hebben niet de honingraatstructuur van blauwe fosfor en, bovenal, kan niet direct op een substraat worden gekweekt. Ons werk onthult niet alleen alle materiaaleigenschappen van deze nieuwe tweedimensionale fosforallotroop, maar benadrukt de impact van het ondersteunende substraat op het gedrag van elektronen in blauwe fosfor, een essentiële parameter voor elke opto-elektronische toepassing."