Il y a deux ans, Mark Hersam, de la Northwestern University, a découvert un moyen de stabiliser le phosphore noir exfolié, ou phosphorène, un semi-conducteur en couches qui se dégrade chimiquement à l'air libre, mais qui est très prometteur pour l'électronique. En l'encapsulant dans de l'oxyde d'aluminium, il a pu stabiliser la réactivité du phosphorène à l'oxygène et à l'eau.

"Le problème est que maintenant le phosphorène est enterré sous le revêtement d'oxyde d'aluminium, qui limite ce qu'on peut en faire, " dit Hersam, Walter P. Murphy Professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern. « Ne vaudrait-il pas mieux que nous puissions stabiliser le phosphorène sans obstruer sa surface ?

Hersam et son équipe ont fait exactement cela.

En utilisant la chimie organique pour faire réagir de manière covalente une couche épaisse d'une seule molécule sur le phosphorène, l'équipe a effectivement transmis la même passivation qu'elle a obtenue avec de l'alumine en 2014. Mais cette fois, la couche est suffisamment fine pour laisser accès à la surface du matériau.

« Si cela doit être utile pour des applications telles que les capteurs, alors tout ce que vous voulez détecter doit pouvoir interagir avec le matériau, " a déclaré Hersam. " L'épaisse couche d'oxyde d'aluminium empêchait toute espèce atmosphérique d'atteindre la surface du phosphorène, il ne pouvait donc pas être utilisé comme détecteur."

Soutenu par l'Office of Naval Research et le Department of Energy, la recherche est décrite en ligne dans le 2 mai, Numéro 2016 de la revue Chimie de la nature . Christophe Ryder, un étudiant diplômé du laboratoire Hersam, a été le premier auteur de l'article. Tobin J. Marks, Vladimir N. Ipatieff Professeur de chimie catalytique au Weinberg College of Arts and Sciences et professeur de science et d'ingénierie des matériaux, et Georges Schatz, le professeur de chimie Charles E. et Emma H. ​​Morrison et professeur de génie chimique et biologique, également co-auteur de l'article.

Dans les années récentes, le phosphorène a attiré l'attention en tant que semi-conducteur puissant avec un potentiel élevé pour une utilisation dans des matériaux minces, électronique flexible. Son instabilité à l'air libre, cependant, l'a empêché d'être testé dans d'éventuelles applications, comme les transistors, optoélectronique, capteurs, ou même des piles. Maintenant, il s'avère que la liaison covalente, une couche d'une seule molécule d'épaisseur pourrait même augmenter la valeur du phosphorène pour une utilisation dans ces applications. L'équipe a découvert que non seulement la couche empêche la dégradation du phosphore, mais il améliore également ses propriétés électroniques.

"La chimie a influencé le flux de charge à travers le phosphorène, " a déclaré Hersam. " Nous avons amélioré la mobilité des charges, qui est lié à la vitesse du transistor, et à quel point il commute dans un circuit intégré."

Maintenant que l'équipe d'Hersam a créé une version stable du phosphorène, il envisage d'explorer ces applications potentielles. L'étape suivante consiste à créer des appareils optimisés à base de phosphorène et à les comparer à des appareils fabriqués avec des matériaux alternatifs.

"Nous pouvons imaginer de nombreuses possibilités, " a déclaré Hersam. " L'avenir nous apprendra exactement où le phosphorène a un avantage concurrentiel. "