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科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)黑磷有望超越石墨烯,，成為硅理想的替代材料,。

初中化學(xué)中學(xué)過(guò)的為數(shù)不多的物質(zhì)之一就是磷，最常聽(tīng)到的是紅磷和白磷,，黑磷其實(shí)也是磷的一種同素異形體,。百余年前，化學(xué)家就合成出了黑磷這種物質(zhì),，合成后沒(méi)有了后文,。

由于石墨烯帶來(lái)的二維材料的熱潮，直到 2013 年才有人重新把興趣集中在黑磷上,。在 2014 年上半年一系列的文獻(xiàn)中,，有人通過(guò)剝離的方式得到了 10 到 20 個(gè)原子厚度的超薄黑磷薄膜，現(xiàn)在黑磷二維材料已經(jīng)成為了晶片界的一個(gè)新寵,。

黑磷讓人興奮的地方在于其可以制備出超薄黑磷（也稱為磷烯）,，其非常類似二維材料石墨烯。但是與石墨烯最大不同在于,，磷烯存在能隙,，而石墨烯沒(méi)有。那能隙是什么呢,？在半導(dǎo)體中,，由于能隙的存在,，半導(dǎo)體只有吸收足夠的能量才會(huì)呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，即在半導(dǎo)體原件中可以表示 0 和 1,。如果沒(méi)有能隙存在,，就很難表示數(shù)字電路中的邏輯狀態(tài)。

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黑磷的能隙還可以通過(guò)黑磷層數(shù)進(jìn)行微調(diào),，凱斯西儲(chǔ)大學(xué)電氣工程學(xué)院的助理教授馮·菲利普（Philip Feng）解釋道,。其能隙電壓可以控制在 0.3-2.0 伏特范圍內(nèi)，這個(gè)覆蓋成都幾乎涵蓋了最近發(fā)現(xiàn)的所有二維材料的能隙電壓,。而且它可以作為其他不同物質(zhì)之間間隙的連接橋梁,。

韓國(guó)成均館大學(xué)的科學(xué)家最近通過(guò)結(jié)合不同材料調(diào)整了黑磷的能隙電壓值，制作出的晶體管非常接近現(xiàn)在常見(jiàn)的硅芯片結(jié)構(gòu),。

能隙作用除了實(shí)現(xiàn)以上功能,，還對(duì)材料的光電特性有影響?？茖W(xué)家也對(duì)黑磷的光電能力做了研究,，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)光子學(xué)專家李默（Mo Li，音譯）說(shuō)：「光電特性包括光的吸收,、發(fā)射和調(diào)制,，半導(dǎo)體材料的光學(xué)性能主要依賴于能隙的大小?！购诹椎哪芟斗秶馕吨梢晕?0.6 到 4.0 微米波長(zhǎng)的光,，如果換算成顏色，其覆蓋范圍在可見(jiàn)光到紅外線區(qū)間,。這個(gè)光譜范圍是黑磷在光相關(guān)傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵,。

李默的研究小組制作了一個(gè)基于黑磷的光線探測(cè)器，這個(gè)光線探測(cè)器每秒能夠轉(zhuǎn)換三十億比特的光信號(hào),。

不幸的是,，黑磷難以制備，難以保存,。目前只有一種制備方法,，就是將紅磷在高溫高壓下形成黑磷，然后將黑磷剝離成可制備納米材料的原子厚度的薄片,。而更不幸的是,，黑磷暴露在空氣中后，就會(huì)和空氣中的水蒸氣和氧氣反應(yīng),，性能就會(huì)大打折扣,。「幸運(yùn)的是,，許多惰性材料都可以用來(lái)保護(hù)黑磷材料,，延長(zhǎng)黑磷設(shè)備在空氣中的使用時(shí)間,。」李默說(shuō),。

如果解決了這些問(wèn)題,，硅時(shí)代可能就要改名叫黑磷時(shí)代了。

（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）