L'élément chimique phosphore est considéré comme l'un des éléments les plus essentiels à la vie. Les composés du phosphore sont profondément impliqués dans la structure et la fonction des organismes. Chaque être humain en porte environ un kilogramme dans son corps. Mais même en dehors de notre corps, nous sommes quotidiennement entourés de phosphates et de phosphonates :dans notre alimentation, dans les détergents, engrais ou dans les médicaments.

Le phosphore est présent dans plusieurs modifications qui ont des propriétés extrêmement différentes. Sous des conditions normales, une distinction est faite entre le blanc, violet, phosphore rouge et noir. En 2014, une équipe de la Michigan State University, "Phosphore bleu, prédit informatiquement, " qui pourrait être produit expérimentalement deux ans plus tard.

Le phosphore bleu est un matériau dit bidimensionnel (2D). En raison de sa structure en nid d'abeille monocouche, il rappelle ce qui est probablement le matériau 2D le plus connu :le graphène. Analogue à son célèbre précurseur, on l'appelait alors aussi phosphorène bleu. Ce nouveau matériau semi-conducteur a depuis été étudié comme un candidat extrêmement prometteur pour les dispositifs optoélectroniques.

Le chimiste de Dresde Prof Thomas Heine, en coopération avec des scientifiques mexicains, a maintenant fait une découverte unique :en appliquant un concept topologique, ils ont identifié informatiquement une structure en nid d'abeilles bouclée à deux couches remarquablement stable de phosphorène bleu au moyen de calculs très précis sur des ordinateurs hautes performances. Ce composé à deux couches est extrêmement stable. Comme les scientifiques l'ont étonnamment découvert, il a des propriétés métalliques dues à la très faible distance entre les deux couches. Les résultats de ces investigations ont été publiés comme article phare dans le numéro actuel de la revue Lettres d'examen physique .

Comme tous les composants, ces appareils doivent être alimentés, qui pénètre généralement dans le matériau via des électrodes métalliques. A l'interface métal-semi-conducteur, les pertes d'énergie sont inévitables, un effet connu sous le nom de barrière Schottky. Le phosphore bleu est semi-conducteur en une seule couche, mais prédit pour être métallique comme une double couche. Les matériaux métalliques 2-D sont très rares, et pour la première fois un matériau élémentaire pur a été découvert qui présente une transition semi-conducteur-métal de la monocouche à la double couche. Ainsi, un composant électronique ou optoélectronique destiné à être utilisé dans des transistors ou des photocellules peut être réalisé à partir d'un seul élément chimique. Puisqu'il n'y a pas d'interface entre le semi-conducteur et le métal dans ces dispositifs, la barrière Schottky est considérablement réduite et une efficacité plus élevée peut être attendue.

« Imaginez que vous mettez deux couches de papier l'une sur l'autre et que soudain la double feuille brille métalliquement comme une feuille d'or. C'est exactement ce que nous prédisons pour le phosphorène bleu. Ce travail souligne l'importance de l'interdisciplinarité dans la recherche fondamentale. modèle et chimie théorique, nous avons pu concevoir un nouveau matériau sur ordinateur et prédire ses propriétés physiques. Des applications dans le domaine de la nano- et de l'optoélectronique sont attendues, " explique le Pr Heine.

Pour ces résultats prometteurs en recherche fondamentale, La première auteure Jessica Arcudia du Mexique a déjà reçu le prix de l'affiche LatinXChem et le prix présidentiel de l'ACS. Le jeune chimiste a été étudiant invité dans le groupe de recherche de Thomas Heine en 2018, où son directeur de thèse, le professeur Gabriel Merino, avait également travaillé auparavant.