Die Suche nach neuen zweidimensionalen "Wundermaterialien" mit ihren hochinteressanten Eigenschaften hat beim Graphen längst nicht Halt gemacht: Auch aus anderen Elementen und Verbindungen lassen sich Schichten gewinnen, die nur wenige oder gar nur eine einzige Atomlage dick sind.

Einer der jüngsten Kandidaten auf diesem Forschungsgebiet ist Schwarzer Phosphor, der sich auf Grund seiner Kristallstruktur ebenfalls in dünne Schichten zerlegen lässt. Das dazu nötige aufwändige Prozedere haben nun Wissenschaftler um Jonathan Coleman vom Trinity College in Dublin stark vereinfacht und tauglich für die Massenproduktion gemacht, berichtet der Blog "Emerging Technology From the arXiv" des Magazins "Technology Review" unter Berufung auf eine Veröffentlichung des Forscherteams.

Anstatt wie beim Exfoliationsverfahren die atomaren Schichten einzeln abzuheben, setzten die Forscher ihre Materialproben in einer Flüssigkeit starken Schallwellen aus, die den Kristall in wenige Atome dicke Schichten auftrennten. Anschließend sortierten sie das Produkt mit Hilfe von Zentrifugen nach Größe. Durch Aufbewahrung in einem Lösungsmittel können die Schichten vor der zerstörerischen Reaktion mit Sauerstoff und Wasser geschützt werden.

Erste Tests der Materialeigenschaften

Dem Team um Coleman gelang es bereits, einige Tests mit dem in Analogie zum Graphen auch als "Phosphoren" bezeichneten Material durchzuführen. Bereits bekannt war, dass die Phosphorschichten eine direkte Bandlücke haben, was sie – anders als beispielsweise Graphen – zu viel versprechenden Kandidaten für Nanotransistoren macht, die das an seine Grenzen stoßende Silizium als Ausgangsmaterial für elektronische Halbleiterbauteile ablösen sollen. Die Forschergruppe bestimmte nun darüber hinaus die optischen Eigenschaften des Materials. Wie die Bestrahlung mit Lasern zeigte, werden die Schichten aus Schwarzem Phosphor ab einer bestimmten Lichtintensität transparent. Daher könnten sich optische Schaltelemente damit realisieren lassen, wobei diese Eigenschaft der "sättigbaren Absorption" noch wesentlich ausgeprägter sei als beim Graphen.

Messungen zeigten außerdem, dass sich der elektrische Widerstand des Materials in Anwesenheit von geringsten Mengen Ammoniaks stark erhöhte. Diese Eigenschaft lasse sich womöglich für den Bau von hochempfindlichen Sensoren ausnützen, so das Magazin.

Ähnlich wie Graphen kann das Phosphoren auch mit anderen Materialien kombiniert werden, um eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu erreichen. In Polyvinylchlorid eingebettet erhöhten die Phosphorschichten die Zugfestigkeit der Kunststofffolien um das Sechsfache.