Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fosforen byl objeven roku 2014. Tato 2D forma fosforu není zkoumána zdaleka tak intenzivně jako grafen, přitom by ale fosforen mohl mít ještě unikátnější vlastnosti. Ukázalo se totiž, že je mj. anizotropický. Tzv. optoelektronická anizotropie mj. znamená, že elektrony se ve fosforenu pohybují jedním směrem a látka se tak chová částečně nejen jako 2D, ale i přímo jako 1D materiál („drát“). Předpokládá se, že fosforen by díky tomu mohl být zajímavý pro různé optoelektronické aplikace, ať už půjde o diody LED nebo solární články.
Na Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University nyní podrobněji prozkoumali, jak se ve fosforenu chovají excitony – tedy excitované stavy hmoty složené z vázaného páru elektron-díra. Excitony vznikají při absorpci fotonu, který dodá potřebnou energii (elektron se posune do vyššího energetického stavu a na jeho původním místě zůstane díra). Tyto kvazičástice se mohou materiálem dále pohybovat jako celek a interagovat spolu i s jinými stavy hmoty. Excitony končí opětovným vyzářením fotonu a pádem elektronu do původního energetického stavu, nebo se energie při jejich zániku, např. po vzájemné srážce, transformuje do podoby tepla (tzv. radiační a neradiační rekombinace, ve druhém případě se též označuje jako exciton-excitonová anihilace).
Vivek Pareek, první autor studie publikované Physical Review Letters, uvádí, že i v případě excitonů vstupuje do hry anizotropie. Fosforen je z i hlediska excitonů kvazi-1D materiál. Při nízké hustotě excitonů spolu interagují pouze anizotropicky v jednom směru, teprve při vysoké hustotě je tato anizotropie potlačena.
Má to být důsledek toho, že excitony se podobně jako elektrony přednostně pohybují jedním směrem, nikoliv kolmo na něj. Teprve při vysoké hustotě na sebe mohou narážet i „napříč“, protože zde jsou již tak blízko sebe, aby do sebe vrazily i při „celkovém pohybu“ v kolmém směru – v důsledku náhodných odchylek od přímého směru. To, kolik excitonů v materiálu vznikne, se dalo řídit pomocí změn intenzity laserových pulzů. Po ochlazení fosforu se kritická hustota změnila a chování fosforenu jako 1D materiálu přetrvávalo i při vyšších hustotách excitonů (náhodná kmitání kolmo bylo potlačeno).
Vivek Pareek et al. Ultrafast Control of the Dimensionality of Exciton-Exciton Annihilation in Atomically Thin Black Phosphorus, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.057403
Zdroj: Okinawa Institute of Science and Technology/Phys.org
Viz také: Elektronika syntetizovaná z červeného fosforu
Poznámka: Ad obrázek – fosforen má stejnou šestiúhelníkovou strukturu jako grafen.
Dobry den,
mohli by ste, prosim, zjednotit nazov toho materialu? Pouzivate pojmy Fosforen, Fosofren a Foforen 🙂
Vdaka,
Pha Sung
pardon, stydim se, snad opraveno 🙁