La porte au développement d'appareils électroniques supérieurs, tels que les circuits flexibles, a été ouvert par la modélisation par les chercheurs d'A*STAR des méthodes possibles pour fabriquer l'un des ingrédients cruciaux.

Le phosphore est une forme bidimensionnelle (2D) de l'élément phosphore. Malgré des propriétés électroniques supérieures à d'autres matériaux 2D tels que le graphène (carbone 2D) et le silicène (silicène 2D), le potentiel d'application du phosphorène dans des dispositifs haute performance a été limité par la difficulté d'en produire de manière fiable des quantités commercialement viables en grandes quantités, mince, forme de nanofeuille de haute qualité.

Maintenant, le phosphorène ne peut être obtenu que par exfoliation mécanique et chimique du phosphore noir, ce qui est coûteux et produit de faibles rendements de films inégaux. D'autres matériaux 2D tels que le graphène et le bisulfure de molybdène peuvent être cultivés directement en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur et le dépôt physique en phase vapeur, mais aucune de ces méthodes n'existe pour la croissance du phosphorène.

Le nouveau modèle développé par Junfeng Gao et ses collègues de l'A*STAR Institute of High Performance Computing permettra aux chercheurs de s'attaquer à ce problème technique difficile en choisissant les meilleures conditions de processus pour la croissance de grandes tailles, phosphorène de haute qualité directement sur une surface.

Gao et l'équipe ont essayé de trouver le meilleur moyen de faire croître des couches uniques de phophorène de haute qualité directement sur une surface en modélisant l'effet de différents substrats sur la croissance d'un flocon de phosphorène contenant seulement 27 atomes.

"La stabilité du nanoflocon en croissance est très sensible au substrat et cruciale pour sa croissance continue, " explique Gao. " Si la force d'interaction est trop faible, le substrat fait flamber l'éclat; mais si l'interaction est trop forte, les liaisons internes entre les atomes de phosphorène se cassent et un alliage peut se former."

Les chercheurs ont comparé l'effet de deux substrats différents sur la croissance du nanoflocon de phosphorène, un substrat de cuivre, couramment utilisé pour la culture du graphène, qui se lie au phosphorène par de puissants processus chimiques, et un substrat de nitrure d'hydrogène et de bore hexagonal (h-BN) qui se couple avec le phosphorène via de faibles liaisons de van der Waals.

Le substrat de cuivre a provoqué la rupture du nanoflocon, alors que le h-BN n'a pas pu stabiliser sa structure plate. En augmentant la force de la liaison entre le nanoflocon et le substrat h-BN, leurs simulations ont montré que la croissance 2D du phosphorène était maintenue. "Notre travail est la première tentative d'exploration de la croissance directe du phosphorène et fournit des conseils dans la recherche de substrats appropriés, " dit Gao.