حقق فريق البروفيسور Chen Changxin في Shanghai Jiao Tong University تقدماً كبيراً في مجال تصنيع أشرطة النانو من الفوسفور الأسود (black phosphorus nanoribbons)، حيث طوّروا تقنية تقشير صوتية-كيميائية قابلة للتوسيع تنتج أشرطة نانوية عالية الجودة. نُشرت النتائج في مجلة Nature Materials.

تُعد أشرطة الفوسفور الأسود النانوية أشباه موصلات ذات فجوة طاقية قابلة للضبط، وتتفوق على أنابيب الكربون النانوية وأشرطة الجرافين بكونها شبه موصلة 100% وبموازنة أفضل بين الحركية وفجوة الطاقة.

قال البروفيسور Chen Changxin: «نعمل منذ سنوات على إيجاد مادة قناة مثالية لترانزستورات تأثير المجال عالية الأداء وصغيرة الحجم ومنخفضة استهلاك الطاقة».

استخدم الفريق تفاعلات نقل قصيرة المدى لتخليق بلورات فوسفور أسود كبيرة، ثم وسّعوا معايير الشبكة البلورية في اتجاه محدد، وبعد ذلك طبقوا ظروف موجات فوق صوتية محسنة لفصل البلورة إلى أشرطة نانوية أحادية البعد بمعدل إنتاج وصل إلى 95%. أضيق شريط تم الحصول عليه بلغ 1.5 نانومتر فقط (رقم قياسي عالمي).

تتميز الأشرطة المنتجة بحواف ناعمة على المستوى الذري واتجاه بلوري واضح، مما منحها فجوة طاقية كبيرة وحركية عالية. الترانزستورات المصنوعة منها حققت نسبة تشغيل/إيقاف 1.7×10⁶ وحركية 1,506 cm²V⁻¹s⁻¹، وهي من أعلى الأرقام المسجلة في فئتها.

كما أثبتت الأشرطة أداءً ممتازاً ككواشف ضوئية قريبة من الأشعة تحت الحمراء باستجابة 11.2 A/W ومعدل كشف يصل إلى 1.1×10¹¹ cm Hz¹/² W⁻¹، متفوقة على معظم الكواشف القائمة على مواد منخفضة الأبعاد.

يخطط الفريق لتطوير استراتيجيات تحكم لإنتاج أشرطة نانوية عالية الجودة بترتيب أحادي الاتجاه وعرض موحد، لحل تحديات التوسع والتجانس الهيكلي. تقدم هذه التقنية حلاً عملياً للإنتاج الضخم لأشرطة الفوسفور الأسود عالية الجودة، مما سيسرّع تطوير الأجهزة الإلكترونية والضوئية-إلكترونية المدمجة.