Många kompakta system som använder mitten av infraröd teknik fortsätter att möta kompatibilitetsproblem när de integreras med konventionell elektronik. Svart fosfor har fått uppmärksamhet för att övervinna dessa utmaningar tack vare en mängd olika användningsområden i fotoniska kretsar.

Forskning publicerad i Applied Physics recensioner lyfter fram materialets potential för nya enheter, allt från medicinsk bildbehandling till miljöövervakning.

Forskare från National University of Singapore granskade det vetenskapliga arbetet som hittills genomförts för att använda svart fosfor för nästa generations optoelektronikchips. I tidningen, gruppen utvärderar framsteg i olika komponenter i chipsen, från ljusdetektering till laseremission.

"Att förlänga våglängden från nära-infrarött till mitt-infrarött möjliggör mer diversifierade funktioner utöver kommunikation och datorer, "sa författaren Kah-Wee Ang." Sensing är en av de viktigaste potentiella applikationerna i mitten av infrarött, eftersom det tjänar till att ansluta den verkliga världen vi lever i till det virtuella systemet på chip. "

Svart fosfor uppnår sin lovande mångsidighet genom de olika sätten det kan manipuleras som ett 2-D-material. Dessa funktioner gör det attraktivt för optoelektronik, i vilken information som överförs med konventionella elektronbaserade chips kombineras med ny teknik som använder fotoner för att överföra information.

Utöver användning av termisk avbildning, mitten av infraröd teknik kan tillämpas för att identifiera molekylära "fingeravtryck" eller använda unika egenskaper hos de mellersta infraröda våglängderna för att analysera 3D-strukturer och rörelser för att skilja konstgjorda objekt från naturliga.

"Om vi ​​kunde realisera ett kompakt mitt-infrarött system, vi kanske kan aktualisera applikationer, såsom hälsoövervakning och upptäckt av giftiga gaser, med ett litet chip i en handhållen enhet, "Sa Ang.

Genom att ändra antalet lager, applicera ett vertikalt elektriskt fält och införa kemisk dopning med relativt enkelhet, materialet kan effektivt ställa in elektronenerginivåer efter enhetens önskade behov. Denna exakta inställning kan vara avgörande för den elektrooptiska moduleringen som skulle krävas för snabbare beräkning och datakommunikation, samt svag signaldetektering och spektrumanalys.

Trots sitt löfte, utbredd produktion av atomtjocka lager av svart fosfor är fortfarande utmanande.

"Vi förlitar oss ofta på exfoliering med tejp för att få tunnfilms svart fosfor, vilket inte är en helt upprepningsbar process, "Ang sa." Storskalig tillväxt, om det uppnås, skulle vara ett genombrott för att främja svart fosforbaserad teknik. "

Ang hoppas att översynen hjälper till att cementera svart fosfor som ett viktigt material i nästa generations optoelektroniska enheter under de kommande åren och ser ut att fortsätta arbeta mot högpresterande och kompakta kretsprototyper.