黑色砷磷成为石墨烯第一大竞争对手

石墨烯，只有一个原子厚的碳网络，在2010年获诺贝尔奖后一夜成名。但现在出现了竞争者：黑色的磷也可以形成这样的层结构。慕尼黑工业大学（TUM）的化学家已经开发出一种半导体材料，其中单个磷原子被砷取代。在国际的协作努力下，美国的同事已经利用新材料制成了第一个场效应晶体管。

几十年来，硅已奠定了现代电子学的基础。迄今为止硅技术可以为其晶体管提供越来越小的设备。但硅晶体管的尺寸达到其物理极限。此外，消费者希望能有柔性的可以结合到服装和类似物品上的设备。然而，硅是硬而脆的。所有这一切都引发了对于有一天能取代硅的新材料的竞赛。

黑色砷磷可能就是这样的材料。像石墨烯一样（由单层的碳原子构成）它形成非常薄的层。可能的应用领域包括晶体管和传感器，以及机械柔性的半导体器件。不像石墨烯电子性能类似于金属，黑色砷磷的电子行为类似于半导体。

磷烯vs.石墨烯

德方的慕尼黑工业大学和雷根斯堡大学和美国的南加州大学（USC）和耶鲁大学之间的合作已经首次制备出由黑色砷磷制成的场效应晶体管。该化合物是由慕尼黑工业大学创新材料的合成和表征研究小组的MarianneKoepf在实验室合成的。场效应晶体管的建造和表征是由南加州大学电气工程系周教授和刘博士领导的小组完成的。

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由慕尼黑工业大学开发的新技术可以在无高压条件下合成黑砷磷。这需要更少的能量、更便宜。价带和导带之间的间隙可以通过调整砷的浓度进行精确控制。“这使我们能够生产具有以前无法获得的电子和光学性质的材料，”TomNilges教授，创新材料合成及表征课题组的带头人说。

红外线探测器

当砷的浓度为83％时，材料显示出只有0.15电子伏特的小带隙，使得它注定成为能够检测长波红外辐射的传感器。例如，激光特种（光探测和测距）传感器在此波长范围内工作。除其他事项外，它们被用作汽车的距离传感器。另一个应用是对灰尘粒子和微量气体的环境监测。

这些新的、两维半导体的另一个有趣的方面是它们各向异性的电子和光学行为。该材料在同一平面上沿着x轴和y轴表现出不同的特性。为了生产石墨烯状薄膜，材料可以被剥离成超薄层。迄今获得的最薄的薄膜只有两个原子厚度。

这项工作是由海军研究办公室（ONR）、科学研究空军办公室（AFOSR）、科学技术KingAbdul-Aziz城(KACST)的卓越纳米技术中心（CEGN），德国研究理事会（DFG）和慕尼黑工业大学研究生院共同支持。