Фосфор играет важную роль в биологии и промышленности, и это один из пяти элементов, необходимых для зарождения жизни. Из красного фосфора изготавливают, например, спички, а из белого когда-то делали взрывчатку. Черному недавно нашли применение в электронике.

В 2014 ученые указали на возможность существования пятой модификации фосфора — синего, который мог стать таким же эффективным полупроводником, как черный фосфор или графен. В 2016 его успешно синтезировали в лаборатории, но его свойства не были определены, пишет New Atlas.

Специалисты Берлинского центра материалов и энергии им. Гельмгольца изучили материал и подтвердили, что это действительно новая аллотропическая модификация фосфора. Нанеся его на золотую подложку, ученые обнаружили, что атомы фосфора образуют сотовую структуру, схожую с графеновой.

Но, в отличие от графена, фосфорная решетка не лежит ровно, а выгибается, поскольку атомы фосфора располагаются вокруг находящихся внизу атомов золота.

Эта особенность влияет на движение электронов через материал и отличает синий фосфор от черного. При помощи фотоэлектронного спектроскопа ученые измерили распределение электронов в валентной зоне материала и обнаружили, что он обладает энергетической щелью размером как минимум 2 электрон-вольта — в семь раз больше, чем у черного фосфора. В электронике более широкая энергетическая щель позволяет полупроводникам работать в условиях более высокого напряжения и температуры.

«До сих пор исследователи применяли черный фосфор в основном для создания атомно тонких слоев, — говорит Оливер Радер, руководитель проекта. — Это тоже указывало на наличие большой полупроводниковой энергетической щели, но не сотовой структуры, какая есть у синего фосфора, и его нельзя выращивать прямо на субстрате. Наша работа не только раскрыла все качества этой новой двумерной аллотропной модификации фосфора, но и подчеркнула воздействие субстрата на поведение электронов синего фосфора — а это важный параметр для оптоэлектроники».

Двумерный материал борофен также обладает уникальными свойствами и может оказаться не менее перспективным, чем графен. Его атомная решетка состоит из сопряженных треугольников, расположенных под углом друг к другу.