ग्रैफीन की तरह, केवल फॉस्फोरस से

वैज्ञानिक सक्रिय रूप से ग्रेफीन के समान नई सामग्री प्राप्त करने की संभावना तलाश रहे हैं - जिसमें पदार्थ की एक परत मोटी होती है। हाल ही में फास्फोरस के उत्पादन में महत्वपूर्ण प्रगति का प्रदर्शन किया गया है, एक ऐसी सामग्री जिसमें फास्फोरस परमाणुओं की एक भी परत होती है।

फॉस्फोरिन क्रिस्टल संरचना (क्रेडिट: हान लियू एट अल। )

इस वर्ष के जनवरी में, दो स्वतंत्र समूहों, अमेरिकी और चीनी के कार्यों को एक बार में प्रकाशित किया गया था, जो फॉस्फोरस प्राप्त करने में काफी आगे बढ़ गया था। फॉस्फोरन तथाकथित काले फॉस्फोरस से प्राप्त होता है - ग्रेफाइट के समान एक स्तरित सामग्री, जिसमें से ग्रेफीन प्राप्त होता है। ब्लैक फॉस्फोरस को 1960 के दशक से जाना जाता है, लेकिन केवल 2013 में ही इससे अलग परत बनाने के प्रयास शुरू हुए। विचाराधीन कार्यों में, काले फास्फोरस को दो से तीन परमाणु परतों की मोटाई के लिए शुद्ध किया गया था। दिलचस्प बात यह है कि 2004 में पहले ग्राफीन उत्पादन के साथ, अतिरिक्त परतों को हटाने के लिए एक सामान्य चिपकने वाला टेप का उपयोग किया गया था।

काले फास्फोरस की उपस्थिति (क्रेडिट: थियोडोर डब्ल्यू। ग्रे)

विभिन्न पदार्थों के परमाणुओं की एक परत से युक्त नई सामग्रियों की प्राप्ति हाल के वर्षों में सामग्री विज्ञान में उल्लेखनीय क्षेत्रों में से एक बन गई है। वैज्ञानिकों ने इस प्रवृत्ति को "पोस्ट-ग्रेफेनियन युग" भी करार दिया।

ग्राफीन, जो कार्बन परमाणुओं की एक एकल परत है, में अद्वितीय गुण हैं जो इसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग के लिए लगभग आदर्श बनाते हैं। विशेष रूप से, ग्राफीन में एक अत्यधिक उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता है, अर्थात, यह बिजली का संचालन करता है, साथ ही साथ गर्मी भी। समस्या यह है कि ग्राफीन में कोई तथाकथित निषिद्ध बैंड नहीं है - ऊर्जा का एक अंतराल जो इलेक्ट्रॉन के लिए निषिद्ध है। इस तरह के क्षेत्र की उपस्थिति अत्यधिक वांछनीय है, क्योंकि यह सभी आधुनिक अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स का आधार है, जिससे आपको डायोड और ट्रांजिस्टर जैसे महत्वपूर्ण तत्व बनाने की अनुमति मिलती है।

यही कारण है कि सक्रिय रूप से उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता वाले पदार्थों की खोज की जाती है, और साथ ही निषिद्ध क्षेत्र की उपस्थिति के साथ। चूंकि ग्रेफीन की उच्च विद्युत चालकता काफी हद तक इसके दो-आयामी, समतल संरचना से जुड़ी होती है, इसलिए उन पदार्थों के बीच नई सामग्री भी मांगी जाती है जो दो-आयामी नेटवर्क बनाने में सक्षम हों। जुलाई 2013 में, संख्यात्मक मॉडलिंग द्वारा , ऐसी सामग्रियों के लिए 92 उम्मीदवार पाए गए, लेकिन उनकी प्रयोगात्मक तैयारी बड़ी संख्या में कठिनाइयों से जुड़ी हुई थी।

ग्राफीन की तरह, फास्फोरस में हेक्सागोन होते हैं, लेकिन पूरी तरह से सपाट नहीं है - कुछ परमाणु विमान से थोड़ा ऊपर हैं, अन्य थोड़े कम हैं। यह, हालांकि, ग्राफीन की तुलना में इलेक्ट्रॉनों को थोड़ा धीमा कर देता है। इसी समय, फॉस्फोरस में एक निषिद्ध क्षेत्र है, जो इसे विभिन्न परिस्थितियों में वर्तमान का संचालन करने की अनुमति देता है, कभी-कभी नहीं।

फास्फोरस की क्रिस्टल संरचना का एक और चित्रण (क्रेडिट: लिकाई ली एट अल। )

इस तथ्य के बावजूद कि एक परत की मोटाई तक पहुंचना संभव नहीं है, अर्थात, शुद्ध फास्फोरस प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिक आशावाद से भरे हुए हैं। उदाहरण के लिए, यह दिखाया गया था कि प्राप्त नमूनों में भी, इलेक्ट्रॉन वेग "पोस्टग्राफेन" के लिए किसी अन्य उम्मीदवार के लिए तुलनीय है - मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड, सल्फर और मोलिब्डेनम परमाणुओं से मिलकर। इसके अलावा, केवल एक पदार्थ - फॉस्फोरस - और दो नहीं के परमाणुओं के फास्फोरस संरचना में उपस्थिति, नई सामग्री को निर्माण की आसानी के दृष्टिकोण से अधिक आकर्षक बनाती है।

फॉस्फोरन ग्राफीन का एकमात्र एनालॉग नहीं है, जिसमें एक प्रकार का परमाणु शामिल है। पहले, मोनोनेटिक सिलिकॉन परतों को प्राप्त करना संभव था - सिलिकीन - और जर्मेनियम - जर्मेन। इन दोनों सामग्रियों में फास्फोरस की तुलना में एक उच्च विद्युत चालकता होती है, लेकिन ग्राफीन की तरह, निषिद्ध क्षेत्र नहीं होता है। सैद्धांतिक रूप से, स्टेन एक अधिक दिलचस्प उम्मीदवार है - एक मोनोएटोमिक टिन परत जिसमें उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और निषिद्ध बैंड दोनों होते हैं, लेकिन केवल 2013 में भविष्यवाणी की गई थी और अब तक किसी को भी नहीं मिली है।

चर्चा की गई सभी सामग्रियों के साथ एक आम समस्या उनकी अस्थिरता है। हवा में, वे सक्रिय रूप से ऑक्सीकरण होने लगते हैं और तेजी से नष्ट हो जाते हैं। 2012 में सिलिकोसिस को स्थिर करने में कामयाब रहे विशेष ट्रिक अभी भी वास्तविक उपकरणों में इस सामग्री के उपयोग की अनुमति नहीं देते हैं। फॉस्फोरेन अपने प्रतिद्वंद्वियों की तुलना में अधिक स्थिर होना चाहिए, लेकिन इसका उत्पादन अधिक जटिल है: उच्च शुद्धता फॉस्फोरस का एक काला संशोधन प्राप्त करने के लिए, इसे जबरदस्त दबाव में रखना आवश्यक है। परतों को हटाने की प्रक्रिया भी अभी तक अनुकूलित नहीं है।

किसी भी मामले में, निषिद्ध क्षेत्र के साथ दो-आयामी सामग्री प्राप्त करने की बहुत संभावना इस क्षेत्र में अनुसंधान जारी रखने के लिए पर्याप्त आकर्षक है, और संभावित व्यावसायिक सफलता किसी भी समय लागतों को कवर करने का वादा करती है।

प्रकृति समाचार से पाठ्य सामग्री तैयार करने में उपयोग किया गया ।