Familia materialelor (2D) bidimensionale este de mare interes în zilele noastre, emblematică pentru această clasa fiind, grafena. Grafena este compusă în totalitate din atomi de carbon, la fel ca diamantul şi grafitul (mineral din care se obține mina de creion). Structura internă (rețea cristalină) a celui din urmă este formată din “straturi” bidimensionale. Fiecare strat conține atomi de carbon așezați într-o rețea hexagonală (precum fagurele de albine), iar prin izolarea unui singur strat se obține grafena, un material extraordinar de rezistent și totodată flexibil.
Domeniul materialelor 2D este unul complex, cercetările dorind a dezvolta materiale cu proprietăți inovative. Unul dintre aceste materiale este fosforena, un material compus dintr-un singur strat de atomi de fosfor (așa cum grafena este compusă dintr-un singur strat de atomi de carbon).
Interesul din punct de vedere științific pentru acest nou tip de material este, în primul rând, unul conceptual, însă, aplicațiile în domeniul electronicii de mare mobilitate sunt foarte așteptate, prin avantajele pe care le aduc, respectiv dimensionalitatea redusă și flexibilitatea. În ceea ce privește noutatea conceptuală a grafenei și a fosforenei, aceasta este reprezentată de prezența în spectrul energetic a unor stări, numite “stări de margine”, localizate la marginea sistemului, în absența câmpului magnetic perpendicular. Stările de margine au fost aduse în discuție pentru prima dată, în cadrul cercetărilor efectului Hall Cuantic, (premiul Nobel în anul 1985), cercetări care au dovedit că stările de margine au un comportament metalic și sunt generate de prezența câmpului magnetic perpendicular puternic în sistemul de gaz de electroni bidimensional. În cazul materialelor discutate, stările de margine sunt prezente datorită geometriei și simetriei rețelei (în cazul de față, hexagonale) și sunt cunoscute ca “stări topologice”. Cercetările asupra proprietăților topologice ale materiei au fost distinse cu premiul Nobel în anul 2016, marcând importanța acestor descoperiri în contextul actual și pentru tehnologiile ce urmeaza a fi dezvoltate.
Cercetările departamentului de Fizică Teoretică din cadrul INCDFM au dus la sublinierea diferențelor semnificative între grafenă și fosforenă, cu privire la spectrul energetic al electronilor cât și în ceea ce privește proprietățile de transport (cu referire la conducția electrică). Cu toate că ambele materiale se dovedesc a avea o rețea hexagonală, electronii atomilor de carbon respectiv fosfor hibridizează diferit. Diferențele duc la comportamentul semiconductor al fosforenei, cu stări de margine care ocupă mijlocul spectrului energetic, în timp ce grafena este un semi-metal. Cercetătorii din cadrul INCDFM au dovedit că, oscilațiile neașteptate ale proprietăților de transport (conductanța longitudinală) ale fosforenei, scot în evidență comportamentul disipativ a stărilor de margine.
Puteti găsi mai multe detalii, aici:http://journals.aps.org/prb/pdf/10.1103/PhysRevB.93.075408