石墨烯的头号竞争者
——磷烯

撰文│ 亚历山德拉·奥索拉（Alexandra Ossola）
翻译│ 张哲

磷烯或许能成为比石墨烯更好的半导体材料。

在工程师的神奇材料榜单上，石墨烯目前高居榜首。这种材料由单层碳原子构成，不仅强度大，延展性好，还有独特的电性质。正因为有这些性质，研究人员把石墨烯用在了从手机充电器到水过滤器的多个设备上。但石墨烯有一个方面却让人失望：它并不是一个天然的半导体。尽管工程师在改造石墨烯成为晶体管（晶体管是在各种电子设备中负责调整电流的元件）方面取得了很大的进展，但是他们目前已经转向了另一个与石墨烯结构类似、有潜力的替代品——磷烯，即单原子层的黑磷。

在高压条件下，磷会转变成黑磷。大约一个世纪前，人们就发现黑磷具备超导特性。2014年，美国普渡大学的一个科研团队分离出了单原子层的黑磷。此后，这个领域的其他研究人员就开始了磷烯的研究。仅一年，有关这种二维材料的论文就发表了400余篇。

加拿大麦吉尔大学二维材料领域专家托马斯·什科佩克（Thomas Szkopek）说：“磷烯有潜力取代目前电子元件中使用的低效材料，因此人们对其兴趣不断增加。”

什科佩克说：“磷烯是一种‘真正的半导体’。”他的意思就是磷烯的导电性是可以开启和关闭的。正因如此，工程师可以调整穿过磷烯的能量大小，调整幅度可达好几个数量级。如此一来，工程师就能尽可能减少电流泄漏，从而使晶体管朝着更高的效率迈进。传统的晶体管主要由硅元素组成，其效率远未达到热力学极限。

尽管材料科学家对磷烯抱有很高期望，但是磷烯也有一些特点使它并不利于未来应用于半导体（见下表）。不过即便研究人员无法解决这些问题，磷烯也可能还有其他用途。

磷烯不像硅那么脆，因此它可能用在柔性电子元件中。而且磷烯可以发光，也有望用在激光器或者LED中。磷烯也有可能最适合用在一种目前还没发明出来的元件中。

什科佩克说：“在全球范围掀起了一股追逐像磷烯这样的二维材料的热潮，这将使我们可能得到混合有各种性质的独特产品。”其他有待研究的类似材料还有：锗烯、硅烯和锡烯。这些材料也已经准备好登场了。 jpJeNFzTVHVj6jaiSAqY+Lq4hDmJxNwYhUpcRAuXeEp9mFtTWdPFG5av1dMWFZOI