זרחן שחור כבסיס לרכיבי אלקטרוניקה

מדענים הצליחו למנוע משכבות דו-ממדיות של זרחן שחור מלהתחמצן. בכך, הם סוללים את הדרך לניצול התכונות המרשימות של חומר זה לטובת הפיתוח של התקנים אלקטרוניים ואופטו-אלקטרוניים 

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

צוות חוקרים מאוניברסיטת מונטריאול הוא הראשון שהצליח למנוע משכבות דו-ממדיות של זרחן שחור מלהתחמצן. בכך, הם פתחו את הדלת לניצול התכונות המרשימות של חומר זה לטובת הפיתוח של התקנים אלקטרוניים ואופטו-אלקטרוניים. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Nature Materials.

זרחן שחור (ויקיפדיה) עשוי להיות מרכיב מפתח בפיתוחן של טכנולוגיות אלקטרוניות ואופטיות חדשות. החומר, שהוא אלוטרופ (תצורה שונה) יציב של זרחן המתקיים כמבנה שכבתי בדומה לגרפיט, החל לאחרונה ללכוד את תשומת הלב של מדענים בתחומי הפיזיקה ומדע החומרים. מחומר זה ניתן לקבל שכבה חד-אטומית שאותה מכנים החוקרים פוספאן דו-ממדי. בהיותו מעין דודן של החומר גרפן המפורסם הרבה יותר ממנו, פוספאן דו-ממדי כולל שתי תכונות חשובות להתקנים אלקטרוניים. ראשית, חומר זה הינו חומר מוליך למחצה המספק את המאפיינים הנדרשים לפיתוחם של טרנזיסטורים ומעבדים. החוקרים צופים כי החומר יוכל להוות את הבסיס לרכיבי אלקטרוניקה שיהיו הן יעילים והן חסכוניים.

יתרה מכך, חומר חדש זה מתאפיין בתכונה נוספת, הרבה יותר מובחנת: יחסי הגומלין שלו עם אור תלויים במספר השכבות האטומיות שבהן עושים שימוש. שכבה חד-אטומית אחת פולטת אור אדום, בעוד שדגימה עבה יותר תפלוט קרינה בתחום התת-אדום. הבדלים אלו מאפשרים ייצור של מגוון רחב של התקנים אופטואלקטרוניים, כגון לייזרים או גלאים, תוך ניצול המקטע החשוב של הספקטרום האלקטרומגנטי.

עד היום, המחקר אודות תכונותיו של זרחן דו-ממדי הוגבל על ידי מהמורה רצינית: בתנאי טמפרטורה ולחץ רגילים שכבות דקיקות מאוד של החומר מתפרקות במהירות, תוצאה שעלולה הייתה לפגוע בעתיד שלו בתעשייה, זאת על אף הפוטנציאל המבטיח הגלום בו. בעקבות זאת, צוות המחקר קידם את התחום בכך שהוא הצליח לקבוע את המנגנונים הפיזיקאליים האחראיים להתפרקות זו, ולאתר את הרכיבים העיקריים המובילים לחמצון פני השטח החיצוני של החומר. “הצלחנו להדגים כי החומר פוספאן דו-ממדי עובר חמצון בתנאים רגילים בשל הנוכחות המשולבת של חמצן, מים ואור. בנוסף, גם הצלחנו לאפיין את התפתחות התופעה על ציר הזמן באמצעות ספקטרוסקופיה אלקטרונית וראמאן,” מציין החוקר הראשי.

בשלב הבא, החוקרים פיתחו הליך יעיל לייצור של שכבות חד-אטומיות שבריריות אלו תוך שמירתן ללא פגע. תוצאות המחקר תסייענה לקהיליית המדע העולמית לשפר את התכונות המיוחדות מאוד של פוספאן דו-ממדי, זאת במטרה לפתח ננו-טכנולוגיות חדישות שתוכלנה להוביל להתקנים אלקטרוניים יעילים במיוחד, כדוגמת לייזרים, מיקרו-מעבדים, תאים סולאריים וכיו”ב.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר