Fosfor heyecan verici bir unsurdur: Organizmaların hayatta kalması için gerekli ve birçok elektronik uygulama vaad etmektedir. Bu bağlamda, Basel Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bir gümüş yüzey üzerinde beş fosfor atomundan oluşan halkalar içeren iki boyutlu katmanlar (fosfor pentamerleri (siklo-P5)) sentezlemişler ve de ilk kez, birleşik atomik kuvvet ve taramalı tünelleme spektroskopisi kullanarak elektronik özellikleri araştırmayı başardılar.
Atomik fosforlu pentamer katmanının yarı iletken özelliklerini koruduğu ve katmanların gümüş yüzeyleriyle birleştiği yerde özel bir elektronik program oluşturulduğunu bulundular. (p-tipi yarı iletken-metal Schottky bağlantısı). Bu, gümüş rengi fosforlu pentamerlerinin, araştırma ekibinin bilimsel dergisi Nature Communications‘da yakın zamanda bildirdiği gibi, alan etkili transistörler, diyotlar veya güneş pilleri gibi uygulamalar için temel bir gerekliliği karşıladığını göstermektedir.
Fosfor her organizmanın hayati bir bileşenidir ve örneğin vücutta ve hücre zarlarında, kemiklerde ve dişlerde enerji transferinde önemli bir rol oynar. Fosfor ayrıca çok sayıda farklı formda (allotrop) bulunduğu için özeldir. Örneğin, son derece patlayıcı, toksik beyaz fosfor, kibrit başlıklarından bilinen daha kararlı kırmızı fosfor veya kristal, yarı iletken siyah fosfor vardır. İkincisinin elektronik cihazlarda çok sayıda uygulaması vardır. Fosfor bileşiklerinin çeşitliliği ve bunların fiziksel ve kimyasal özellikleri, yüzeylerde iki boyutlu fosfor yapılarının kendi kendine birleşmesiyle daha da genişletilebilir.
Çeşitli iki boyutlu katmanlar
Basel Üniversitesi Fizik Bölümü ve İsviçre Nanobilim Enstitüsü’ndeki Profesör Ernst Meyer liderliğindeki gruptaki araştırmacılar, fosfor atomlarını buharlaştırarak gümüş yüzeylerde çeşitli iki boyutlu fosfor yapıları ürettiler. Zincirler ve altıgen halkaların yanı sıra, beş fosfor atomundan oluşan düz halkalar (fosfor pentamerleri) da üretilmişlerdir; bunların her biri bir anyon gibi davranıyor, yani negatif yüke sahiptir. Fosfor pentamerlerinden oluşan bu tür 2D katmanların nanoelektronik ve nanooptik uygulamalar için uygun olup olmamasını sağlamak amacıyla, atomik katmanın özelliklerini belirtmek ve metalik yüzeylerle etkileşimleri araştırmak gerekmektedir.
Yöntemlerin bir kombinasyonuyla anlamlı veriler
Araştırmacılar, 4 kelvin (-269,15°C) düşük sıcaklıktaki atomik kuvvet ve taramalı tünelleme spektroskopisi incelemelerini kullanarak, fosfor pentamerlerinin gümüş ışınlarının yarı iletken özelliklerini koruduğunu buldular.
Deneyleri denetleyen Dr. Rémy Pawlak, “Bu, fosfor tabakasını, örneğin doğrudan metalik bir yüzeyle temas ettiğinde metalik olan altıgen bir grafen tabakasından ayırır” diye açıklıyor.
Fosfor pentamer tabakası, elektronların metalden fosfor tabakasına tutulmasına neden olur ve p-tipi yarı iletken-metal Schottky bağlantısı olarak bilinen özel bir sınır tabakası oluşur. Profesör Ernst Meyer “Arayüzde bir Schottky bağlantısının oluşması, alan etkili transistörlerde, güneş hücrelerinde veya diyot olarak uygulamalara olanak sağlayabilir” diye ekliyor.
Sonuçlar, Çin’deki Shenzhen ve Şanghay’daki araştırma grupları tarafından gerçekleştirilen simülasyonlarla doğrulandı.
Referans: http://www.nature.com/articles/s41467-024-50862-4
Haberi Derleyen: Selin Karavul – Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü 3.sınıf öğrencisi
