黑磷简介。

黑磷是常见的三种磷同素异形体(红磷、白磷和黑磷)中,形态最为稳定的一员。与石墨类似,黑磷的结构使其可以制备二维黑磷晶体。二维材料的某些性质是块体材料所没有的,目前石墨烯、二维过渡金属硫化物都是这个领域的先行者。单层黑磷优异于石墨烯和二维过渡金属硫化物的性能主要体现在半导体和光电性能。

黑磷的制备。

黑磷将来能否实现在电子学和光子应用很大程度上取决于是否发展出能够可靠、大规模合成制备二维黑磷的方法。二维黑磷的制备分为两部分,首先是块状黑磷的制备,其次是二维黑磷的制备。

获得高质量的二维黑磷是最为关键的制备环节,研究的思路类比于结构相似的石墨烯制备,主要的研究集中于近两年。所以二维黑磷的制备仍在研究初步阶段,产业化尚需时日。目前制备二维黑磷的方法主要有三种:机械剥离法、液相剥离法、脉冲激光沉积法,其中机械剥离法是最常用的方法。

应用领域。

2014年以来,黑磷由于其优异的性能,开始获得广泛关注,甚至被认为能与石墨烯相媲美的二维原子材料。

二维黑磷最特别的价值体现在它与其他二维材料材料不同的三个方面。

(1)光学性质方面:研究显示,黑磷在近红外以及中红外光电器件领域,如光探测器、调制解调器、发光二极管,有应用潜力。此外,单层的黑磷光响应波段能够包含较广的范围,并且能够和电磁波发生强烈的相互作用,能够在医药、国防、通信、夜视、热成像技术和近红外、中红外以及可见光区的光通信等领域有重要应用。

(2)电学性质方面:黑磷具有较高的迁移率/开关比,使其能应用到石墨烯力所不及的场效应晶体管中。目前,第一代的高速黑磷晶体管受益于黑磷独特的带隙性质带来的良好电流饱和性能,在电压和功率增益上显示出优越的电子辐射频率。未来预期在纳米电子学器件会有更大的应用。

(3)平面内各向异性:黑磷最独特的性质是平面内很强的各向异性,其正交晶系的D2h点群中,沿着纵向的锯齿型的有效载流子是沿着横向结构的十倍。这一性质使得黑磷用于设计新型的电子学和光子学器件成为可能,新的研究方向已在探索中。目前,研究者已经开始探索黑磷等离子器件外加光电子的独特偏振性质,以及在热电器件上的应用。