Ett nytt atomärt tunt material som liknar grafen har visat sig vara ett lovande nytt supraledande material.

Svart fosfor - ett skiktat material, något liknande grafit – har genererat mycket spänning bland forskare och ingenjörer på grund av dess många intressanta och användbara elektroniska och optiska egenskaper.

Precis som grafit består av miljontals lager av grafen, svart fosfor består av skikt av fosforen som kan isoleras. Ny forskning visar nu att fosforen har egenskaper som är lika spännande som grafen.

Kombinera grafen och andra nya 2D-material som fosforen, som individuellt har utmärkta egenskaper som kompletterar grafens extraordinära egenskaper, har resulterat i spännande vetenskapliga utvecklingar och skulle kunna producera applikationer ännu bortom vår fantasi.

Nu hjälper fosforen forskare att svara på frågan om material som består av bara ett lager av atomer kan vara supraledande. Supraledare leder elektricitet med noll motstånd och är alltid eftertraktade på grund av deras potentiella tillämpningar i sensorer, energieffektiva kraftledningar och magneter som kan generera stora magnetfält, som de som används i MRI-skannrar och svävande tåg.

Använder fosforen, ett team från University of Manchester ledd av professor Irina Grigorieva visar tydligt att atomärt tunna material kan vara riktiga supraledare så länge som tillräckligt med elektroner pumpas in i lagren.

Atomtunna supraledare är önskvärda i miniatyrenheter men också av stort intresse för forskare eftersom de kan användas för att testa idéer om gränserna för förekomsten av supraledning.

Bulkmaterial blir ofta supraledande om en tillräcklig mängd elektroner tillsätts och de börjar interagera starkt med varandra. Supraledning i en atoms tjocka tvådimensionella material upptäcktes för bara ett decennium sedan, men resultaten hänvisade ofta inte till isolerade atomärt tunna lager utan deras bulksammansättningar och bevisen var hittills svaga och ibland kontroversiella.

I en rapport publicerad i Naturkommunikation , forskare använde en process som kallas interkalering - huvudsakligen beläggning av fosforenskikt i svart fosfor med olika alkaliatomer som donerar sina elektroner till fosforen. I varje fall gjorde detta svart fosfor till en supraledare med exakt samma egenskaper, oavsett vilka typer av atomer som användes för att lägga till elektroner till fosforenskikten.

Professor Irina Grigorieva sa:"Inget liknande detta var känt tidigare. Denna nya förståelse är viktig för att utveckla atomärt tunna material mot tillämpningar inom elektronik och kvantteknologi."

Renyan Zhang, en doktorand som ledde den experimentella insatsen, sa:"Fosforen och dess modermaterial, svart fosfor, liknar i många avseenden grafen och grafit, så vi förväntade oss att varje elektrondonerande metall kommer att producera en annan supraledare, som fallet är med grafen och grafit. Men till vår stora förvåning producerade alla metallgivare exakt samma supraledande material, med identiska egenskaper."