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無限前景的新材料－磷烯

作者：Mary L. Martialay April 28, 2016，譯者：艾米

http://phys.org/news/2016-04-exploring-phosphorene-material.html

磷烯－單層特殊結構的磷－在半導體電容器應用非常有前景。
照片提供：Matthew Cherny

 二維磷酸鹽（又稱為磷烯的材料）是半導體電晶體材料，未來可應用在速度更快且功能更強大的電腦。這個材料有很多性質非常有用，像可以讓電子導電，但是這個材料的困難處在於它很多有用的性質是非勻向的，也就是說都跟晶體的方向有關。今日Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) 研究學者組成的團隊利用磷烯內光子和電子之間的交互作用以及只有原子厚度的黑磷晶體，發展出可以快速又準確找出方向的方法。

西元2014年首先達到獨立出單層磷原子的磷烯，科學家自此能夠實驗上或理論上探索它的性質。Rensselaer物理應用物理天文系系主任和發明這項新方法團隊的主持人Vincent Meunier在同一年發表了第一篇磷烯材料的文章－確認磷烯結構。

Meunier說「這是非常有趣的材料，依照不同方向會有完全不同的性質」，他也是Rensselaer材料、元件整合系統 (cMDIS) 中心的一員。「由於這是個全新的材料，所以我們一定要開始了解和能夠預測它的本質」。

Rensselaer的Meunier和研究學者貢獻磷烯的理論模型並且預測其性質，他們在超級電腦（創新計算中心CCI）上繪圖進行計算。團隊成員因能夠使用Rensselaer cMDIS設備才能夠挖掘出這個新材料的潛能，以應用在未來電腦或其他裝置上。 Meunier在The New Polytechnic 完成的研究說明，找出整體困難和複雜性需要跨領域的合作和最新的工具和技術（很多是Rensselaer發明的）才能解決。

團隊在ACS Nano Letters發表的文章一開始時說明找出晶體方向的進階技術，其藉由Raman光譜學的優點使用雷射測量能量通過晶體原子時造成的原子震動，電子－光子交互作用是該振動的原因。黑磷單層晶體上的電子－光子交互作用跟其他交互作用一樣是非勻向，一但可測量後就可以用於預測晶體方向。

 團隊藉由Raman光譜學得到初始結果時發現數個不一致性，所以使用穿透式電子顯微鏡 (TEM) 拍攝樣本晶體方向的照片，再跟Raman光譜學結果比較。TEM是獲得物體外貌的技術，可以得到晶體的確定方向，但是卻不如Raman光譜學容易操作。比較的結果指出電子－光子交互作用本身無法準確預測晶體方向，那是什麼原因造成磷的另一種非勻向呢？就是晶體內的光子和電子的交互作用。 

 Meunier說「在使用Raman光譜學技術時，能量藉由雷射輸入材料中後材料就本能的開始振動，磷烯則是非勻向振動。由於材料內光和電子之間的交互作用，光以不同方向照射磷烯會得到不同結果，電子－光子交互作用也是非勻向的，但會遵循非對稱方式。」

Meunier說團隊相信磷烯因電子－光子交互作用所以有非勻向性質，但是這卻不重要。

他並說「通常電子－光子非勻向並不會有這麼大的影響，但是因為我們在表面上採用非常特殊的化學其有非常強的非勻向，所以才會有這麼大的不同。」

即使他們發現Raman光譜學技術因為電子－光子交互作用造成的缺點，還是發展出電子－光子交互作用能夠找出晶體方向的能力。

Meunier說「事實上要利用Raman振動來找出晶體方向並不是那麼容易，但是我們還是高興發現這個很棒的方法，利用（根據吸收的光量來測量）電子－光子交互作用─也就是電子和雷射的交互作用─能夠得到很好的方向預測。現在我們可以預測材料在外加刺激下的行為。」