重要な出版グループであるネイチャー・パブリッシング・グループの国際科学誌ネイチャー・コミュニケーションズは、7月14日にブラジルのいくつかのグループを結集し、二次元のリンのシートを積み重ねて構成されるナノ材料である黒リンに関する新しい研究を報告する記事を発表した。
教授の参加のもと、クリスティアーノ JS デ マトス博士、プレスビテリアナ マッケンジー大学のグラフェン、ナノマテリアル、ナノテクノロジー先端研究センター MackGraphe の研究者、および MackGraphe 自体と大学 Unesp、Unicamp、UFMG、シンガポール国立大学からのこのテーマに関する他の 8 人の専門家、この研究は黒リンのこれまで知られていなかった特性を明らかにし、高性能ナノデバイスの開発に貢献する可能性があります。
2004 年にグラフェンが単離され、その電子および光電子応用の可能性が実証されて以来、多くの研究者は、原子数個の厚さで、類似または相補的な特性を持つ他のナノ材料の発見に焦点を当ててきました。この選ばれたハイテククラブに新しく加わったのは黒リンです。
1914 年に発見されたこの物質は自然界には存在せず、発見後 1 世紀を通じてほとんど研究されませんでした。しかし、粘着テープを用いた機械的剥離法（初めてグラフェンを単離するために使用されたのと同じ方法）を使用して、わずか数原子の厚さの黒リンを得ることができることが実証された 2014 年に、その関心が爆発的に高まりました。 。
上の画像は、調査した薄い黒リンの結晶を金で示しています。結晶上では、予期せぬ特性を持つ原子振動の強度がカラースケールの形で表示されます（濃い青は強度が低く、赤は強度が大きいことを示します）。これらの異常な振動が結晶の端に集中し、結晶に独特の特性を与えていることが観察されます。
グラフェンとは異なり、フォスフォレンとして知られる黒リンの単一シートは「アコーディオン」構造を持っています（下の表を参照）。また、グラフェン (優れた導電体) とは異なり、フォスフォレンは半導体であり、重要な電子用途を持つ材料の一種です。さらに、黒リンの電子特性は、この材料の層の数に大きく依存します。
クリスティアーノ・デ・マトス教授によれば、これらの特性により、黒リンは、デジタルシステムで必要な論理機能を実行するトランジスタなど、将来の電子および光電子応用にとって非常に有望な材料となるという。光検出器では、光通信システム (光ファイバー) または太陽電池で光エネルギーを電流に変換します。そして光通信用の新しい発光体にも。このように、グラフェンと黒リンは、使用と応用の点で競合するのではなく補完的であり、併用することもできます。
最近発表された研究は、この材料の原子振動が予期せぬ挙動を示し、端から遠く離れて観察されたものとは異なることを、計算技術と実験室技術を通じて初めて特定した先駆的なものである。この研究は、グラフェンでは観察されないこの挙動が、エッジ近くの結晶格子の歪みの結果であることも示しています。材料の原子振動は熱の生成と放散に関連しているため、この研究は、この新しい材料で熱がどのように放散されるかについてのより良い理解に貢献するでしょう。これは、蛍光体ベースの電子材料や材料の最適化にとって非常に重要です。光電子ナノデバイスは黒です。
研究の実験部分は、材料の原子および分子の特性を正確に分析できるラマン分光法技術を使用して MackGraphe で実行されました。 MackGraphe は、国内で最も最新のラマン分光計の 1 つを備えています。 FAPESP のリソースを活用して取得したこの装置は、非常に高い感度と高速で広範な分析を実行する能力を備えています。
蜂の巣のような構造に組織化された原子のデザインが施された紙は、グラフェンとフォスフォレン (黒リンの単層) の幾何学的な違いを示しています。グラフェン (左) では、炭素原子はすべて同じ平面上にあり、引き伸ばされたシートを形成しています。フォスフォレン（右）は、リン原子のシートが折り紙のように折り畳まれたようなアコーディオン構造を持ち、材料に異方性を与えます。
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