Découvert il y a plus de 100 ans, le phosphore noir a été vite oublié alors qu'il n'y avait aucune utilité apparente pour lui. Dans ce qui pourrait s'avérer être l'une des grandes histoires de retour de l'ingénierie électrique, il est désormais appelé à jouer un rôle crucial dans l'avenir des dispositifs électroniques et optoélectroniques.

Avec la découverte récente d'une équipe de recherche, le matériau pourrait éventuellement remplacer le silicium comme matériau principal pour l'électronique. Les recherches de l'équipe, dirigé par Fengnian Xia, Barton L. Weller de Yale, professeur agrégé en ingénierie et sciences, est publié dans la revue Communication Nature 19 avril.

Avec du silicium comme semi-conducteur, la quête d'appareils électroniques toujours plus petits pourrait bientôt atteindre ses limites. Avec une épaisseur de quelques couches atomiques, cependant, le phosphore noir pourrait inaugurer une nouvelle génération d'appareils plus petits, électronique souple, et des transistors plus rapides, disent les chercheurs.

Cela est dû à deux propriétés clés. L'une est que le phosphore noir a une mobilité plus élevée que le silicium, c'est-à-dire la vitesse à laquelle il peut transporter une charge électrique. L'autre est qu'il a une bande interdite, qui donne à un matériau la capacité d'agir comme un interrupteur; il peut s'allumer et s'éteindre en présence d'un champ électrique et agir comme un semi-conducteur. Graphène, un autre matériau qui a suscité un grand intérêt ces dernières années, a une très grande mobilité, mais il n'a pas de bande interdite.

Cependant, trouver un moyen de contrôler la bande interdite du phosphore noir est essentiel pour réaliser ses applications potentielles. À cette fin, les chercheurs ont découvert que la bande interdite du matériau est plus contrôlable à une certaine épaisseur. En appliquant un champ électrique vertical au matériau à cette épaisseur, les chercheurs peuvent "régler" la bande interdite, essentiellement réduire l'écart modéré au point où il se referme presque.

Cela ouvre de nombreuses applications potentielles pour le phosphore noir, tels que les outils d'imagerie, appareils de vision nocturne, modulateurs optiques moyen infrarouge, outils de spectroscopie sur puce, et d'autres technologies optoélectroniques.

« Avant cette étude, la bande interdite du phosphore noir n'a pas pu être réglée dynamiquement, limiter ses applications en optoélectronique, " dit Bingchen Deng, auteur principal de l'étude et titulaire d'un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Xia.

Trouver l'épaisseur optimale a pris quelques essais et erreurs. "En premier, nous avons essayé un échantillon de 4 nanomètres d'épaisseur, et nous avons trouvé que le réglage de la bande interdite n'était pas très prononcé, " dit Deng.

Deng a également noté qu'avoir une bande interdite qui peut être contrôlée signifie que le phosphore noir pourrait potentiellement être utilisé comme isolant topologique, un matériau avec la capacité inhabituelle de servir à la fois d'isolant (à l'intérieur du matériau) et de conducteur (à sa surface). Les chercheurs s'intéressent particulièrement aux isolants topologiques, car ils pourraient être essentiels au développement d'une électronique de faible puissance dans laquelle les électrons à la surface ne souffrent pas de diffusion.