化學(xué)元素磷被認(rèn)為是生命中最重要的元素之一。磷化合物與生物的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)。每個(gè)人體內(nèi)都會(huì)攜帶約一公斤的蛋白質(zhì)。但是，即使在我們的身體外部，我們每天也都被磷酸鹽和膦酸鹽包圍：在我們的食物，洗滌劑，化肥或藥物中。

磷以幾種性質(zhì)極為不同的修飾形式出現(xiàn)。在正常條件下，將白磷，紫磷，紅磷和黑磷區(qū)分開來。2014年，密歇根州立大學(xué)的一個(gè)研究小組通過計(jì)算預(yù)測(cè)了“藍(lán)磷”，該藍(lán)磷可以在兩年后通過實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)。

藍(lán)磷是所謂的二維(2-D)材料。由于其單層蜂窩狀結(jié)構(gòu)，它讓人聯(lián)想到可能是最著名的二維材料：石墨烯。與其著名的先驅(qū)類似，它也被稱為藍(lán)色磷烯。此后，這種新型半導(dǎo)體材料已被視作光電子器件的極有希望的候選者。

德累斯頓化學(xué)家Thomas Heine教授與墨西哥科學(xué)家合作，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)：通過應(yīng)用拓?fù)涓拍?，他們通過對(duì)高性能進(jìn)行了高精度的計(jì)算，從而計(jì)算出了非常穩(wěn)定的藍(lán)色磷化兩層彎曲蜂窩狀蜂窩結(jié)構(gòu)。電腦。這種兩層化合物非常穩(wěn)定。正如科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)的那樣，由于兩層之間的距離很小，因此它具有金屬特性。這些調(diào)查的結(jié)果作為最新文章發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

像所有組件一樣，必須為這些設(shè)備供電，電源通常會(huì)通過金屬電極進(jìn)入材料。在金屬-半導(dǎo)體界面上，能量損失是不可避免的，這種效應(yīng)被稱為肖特基勢(shì)壘。藍(lán)磷是單層半導(dǎo)體，但預(yù)計(jì)是雙層金屬。金屬二維材料非常稀少，并且首次發(fā)現(xiàn)純?cè)夭牧媳憩F(xiàn)出從單層到雙層的半導(dǎo)體金屬過渡。因此，僅由一種化學(xué)元素就可以實(shí)現(xiàn)用于晶體管或光電池的電子或光電組件。由于這些器件中的半導(dǎo)體和金屬之間沒有界面，因此肖特基勢(shì)壘大大降低，可以期待更高的效率。

“想象一下，您將兩層紙彼此疊放在一起，然后突然兩層金屬片像金箔一樣閃閃發(fā)光。這正是我們對(duì)藍(lán)色磷烯的預(yù)測(cè)。這項(xiàng)工作突顯了跨學(xué)科性在基礎(chǔ)研究中的重要性。使用拓?fù)鋽?shù)學(xué)通過模型和理論化學(xué)，我們能夠在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)新材料并預(yù)測(cè)其物理性質(zhì)。預(yù)計(jì)將在納米和光電子學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用。”

由于在基礎(chǔ)研究中取得了這些令人鼓舞的結(jié)果，來自墨西哥的第一作者Jessica Arcudia已被授予LatinXChem海報(bào)獎(jiǎng)和ACS總統(tǒng)獎(jiǎng)。這位年輕的化學(xué)家于2018年在Thomas Heine的研究小組中做客座學(xué)生，她的博士生導(dǎo)師Gabriel Merino教授以前也曾在這里工作過。