Il fosforo nero potrebbe rappresentare una potenziale alternativa ai materiali con struttura bidimensionale come il grafene, il nitruro di boro, il disolfuro di molibdeno e così via. Materiali più volte affiancati al concetto di futuro dell'elettronica e all'era post-silicio. Questo almeno è ciò che afferma Damien Hanlon, insieme ai suoi colleghi del Trinity College Dublin. Il ricercatore ha infatti trovato un modo per lasciarsi alle spalle il principale problema di questo materiale, ovvero l'impossibilità di produrlo in grandi quantità.
Fosforo nero
L'anno scorso i ricercatori erano riusciti a realizzare un transistor a effetto di campo con questo materiale, ottenendo prestazioni tali da suggerire un possibile futuro per il fosforo nero nei dispositivi nanoelettronici. Adesso Damien Hanlon e i colleghi hanno perfezionato un modo per realizzare grandi quantità di nanofogli di fosforo nero con dimensioni controllabili. In forma "grezza" il materiale è composto da molti strati. Questi possono essere separati con il metodo dell'esfoliazione, ossia usando un nastro adesivo (scotch) o altri materiali per rimuoverli. Si tratta però di un processo che richiede tempo e che limita fortemente potenziali applicazioni.
Perciò Hanlon ha scelto un altro approccio: ha posizionato il fosforo nero in un solvente liquido e poi l'ha bombardato con onde acustiche che scuotono il materiale. Il risultato è la suddivisione della massa grezza in un grande numero di nanofogli, che poi il team ha filtrato in base alla dimensione con una centrifuga. In questo modo si sono ottenuti nanofogli ad alta qualità basati solo su pochi strati. In questo processo gli studiosi hanno dovuto tenere conto di un potenziale problema: il fosforo nero si degrada rapidamente a contatto con ossigeno e acqua.
 | Intel Core i3-4150 | |
 | Intel Core i5-4440 | |
 | AMD FX-6350 |
Perciò il team ha pensato ad alcuni solventi in grado di formare una sorta di "guscio di solvatazione" intorno al foglio, impedendo all'ossigeno o altri ossidanti di raggiungere il fosforo. I ricercatori hanno usato il CHP (N-cyclohexyl-2-pyrrolidone) come solvente e i nanofogli hanno dimostrato una durata di vita molto più lunga rispetto al passato.
Il grande vantaggio del fosforo nero sul grafene è che ha una bandgap (banda proibita) naturale che si può usare per creare prodotti elettronici, ma non solo. Hanlon e il suo team hanno aggiunto i nanofogli a una pellicola di cloruro di polivinile, raddoppiandone la resistenza generale, ma soprattutto aumentando di sei volte la capacità di resistere alle trazioni. È stata persino determinata una risposta ottica non lineare a impulsi laser migliore del grafene, riscontrando che la quantità di luce assorbita dal fosforo nero cala con l'aumento d'intensità. Si tratta di una proprietà detta assorbimento saturabile.
I ricercatori hanno poi misurato la corrente che attraversa i nanofogli mentre questi erano esposti all'ammoniaca. Ebbene, hanno ravvisato un aumento della resistenza, probabilmente dovuta al fatto che l'ammoniaca dona elettroni che neutralizzano le lacune nei fogli di fosforo nero. Ciò rende il fosforo nero anche un rivelatore di ammoniaca di buon livello, capace di individuare la presenza di ammoniaca in livelli di circa 80 parti per miliardo.