Giętki jak grafen, o podobnej do niego strukturze, naturalny półprzewodnik, dwuwymiarowy, w stu procentach składający się z fosforu, o układzie siatki sześciokątnej, pofałdowanej, jego wiązania porównywane są do zazębiających się literek w. Oto fosforen, bohater projektu Dwuwymiarowe nanostruktury fosforenowe – synteza i badania funkcjonalnych optoelektrochemicznych układów biosensorycznych, realizowanego na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej we współpracy z biotechnologami z Uniwersytetu Gdańskiego.
Pierwsze doniesienia dotyczące czarnego fosforu, z którego można wyizolować warstewkę fosforenu, prowadzone były już w latach 60. ubiegłego wieku. Badacze ponownie zainteresowali się tematyką dopiero w 2014 r. po sygnałach pochodzących ze Stanów Zjednoczonych i Chin o wznowieniu przez tamtejszych naukowców prac nad fosforenem. Skąd powrót po tak długim czasie? Otóż okazało się, że badany materiał posiada naturalną przerwę energetyczną, umożliwiającą łatwe przełączanie między izolatorem a przewodem, która przy okazji nie powoduje odkształcenia na tyle płaskiej formy tworzywa, że jest ono w stanie zapobiegać procesowi rozpływu elektronów. Dzięki temu ładunek płynie szybko, prowadząc do stosunkowo wysokiej mobilności, niezwykle ważnej w zastosowaniach elektronicznych, wyjaśnia dr hab. inż. Robert Bogdanowicz, kierownik projektu z Politechniki Gdańskiej. Tak zbudowany materiał może być przydatny na przykład do wytwarzania cienkich, a jednocześnie elastycznych układów elektronicznych, które mogą być łatwiej chłodzone, niż obecnie funkcjonujące obiekty wykonane z krzemu. Fosforen mógłby być stosowany w przyszłości zarówno w układach nanoszonych na skórę, jak również w implantowanych biosensorach monitorujących procesy biologiczne czy interakcji z układem nerwowym człowieka, mówi dr Robert Bogdanowicz.
Jedynymi obawami, jakie żywią badacze, są określone technologiczne uwarunkowania. Kilkuwarstwowy fosforen otrzymywany jest bowiem w procesie mechanicznej eksfoliacji wykonywanej przykładowo za pomocą taśmy klejącej, z kryształu czarnego fosforu i jest niezwykle wrażliwy na zewnętrzne środowisko. Już w ciągu godziny od ekspozycji dokonuje się poprzedzona zmianami właściwości elektrycznych i fizykochemicznych nieodwracalna modyfikacja materiału. W celu prewencyjnych autorzy projektu proponują wobec tego zastosowanie nanodiamentowych folii, wytwarzanych w laboratorium WETI, służących do jednoczesnej hermetyzacji fosforenu i przekazywania sygnału elektrycznego. Prace sprawdzające jak fosforen jako materiał elektroniczny współpracuje z materiałami organicznymi prowadzone są w ramach programu SONATA BIS, panel ST 7, na który naukowcy pozyskali blisko 1,5 mln zł.
az
(źródło: pg.edu.pl)
Oprac. schematu: dr Robert Bogdanowicz. Fot. Piotr Niklas