Dörren till att utveckla överlägsna elektroniska enheter, som flexibla kretsar, har blivit öppnad av A*STAR-forskares modellering av möjliga metoder för att tillverka en av de avgörande ingredienserna.

Fosforen är en tvådimensionell (2D) form av grundämnet fosfor. Trots att de har elektroniska egenskaper som är överlägsna andra 2D -material som grafen (2D -kol) och silen (2D -kisel), fosforens potential för användning i högpresterande enheter har begränsats av hur svårt det är att på ett tillförlitligt sätt producera kommersiellt gångbara mängder av det i stora, tunn, högkvalitativ nanoarkform.

För närvarande, Fosforen kan endast erhållas genom mekanisk och kemisk exfoliering av svart fosfor, vilket är kostsamt och ger låga utbyten av ojämna filmer. Andra 2D-material som grafen och molybdendisulfid kan odlas direkt med kemisk ångavsättning och fysisk ångavsättning, men det finns inga sådana metoder för odling av fosforen.

Den nya modellen som utvecklats av Junfeng Gao och kollegor från A*STAR Institute of High Performance Computing kommer att göra det möjligt för forskare att ta itu med detta utmanande tekniska problem genom att välja de bästa processförhållandena för tillväxt av stora storlekar, högkvalitativ fosfor direkt på en yta.

Gao och teamet försökte hitta det bästa sättet att odla högkvalitativa enkelskikt av foforen direkt på en yta genom att modellera effekten av olika substrat på tillväxten av en fosforenflinga som bara innehåller 27 atomer.

"Stabiliteten hos den växande nanoflaken är mycket känslig för substratet och avgörande för dess fortsatta tillväxt, " förklarar Gao. "Om interaktionsstyrkan är för svag, substratet får flingan att bucklas; men om interaktionen är för stark, de inre bindningarna mellan fosforenatomerna kommer att brytas och en legering kan bildas."

Forskarna jämförde effekten av två olika substrat på tillväxten av fosforenanoflingan - ett kopparsubstrat, används ofta för att odla grafen, som binder till fosforen genom starka kemiska processer, och ett hexagonalt vätebornitrid (h-BN)-substrat som kopplar ihop med fosforen via svaga van der Waals-bindningar.

Kopparsubstratet fick nanoflangen att gå sönder, medan h-BN inte kunde stabilisera sin platta struktur. Genom att öka styrkan i bindningen mellan nanoflaken och h-BN-substratet, deras simuleringar visade att 2D-tillväxten av fosforen bibehölls. "Vårt arbete är det första försöket att utforska den direkta tillväxten av fosforen och ger vägledning i sökandet efter lämpliga substrat, "säger Gao.