Phosphorene
ফসফোরিন হল একটি দ্বিমাত্রিক পদার্থ যা ফসফরাস দ্বারা গঠিত। এটি কালো ফসফরাসের একটি একক স্তর নিয়ে গঠিত, যা ফসফরাসের সবচেয়ে স্থিতিশীল অ্যালোট্রোপ। ফসফোরেন গ্রাফিন (একক স্তর গ্রাফাইট)-এর অনুরূপ। দ্বি-মাত্রিক পদার্থের মধ্যে, ফসফোরিন গ্রাফিন-এর প্রতিদ্বন্দ্বী কারণ এর একটি অ-শূন্য মৌলিক ব্যান্ড ফাঁক রয়েছে যা স্ট্যাকের স্তরগুলির সংখ্যা এবং স্ট্যাক দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে। 2014 সালে যান্ত্রিক এক্সফোলিয়েশন দ্বারা ফসফোরেন প্রথম বিচ্ছিন্ন করা হয়। স্কেলেবল ফসফোরিন উৎপাদনের জন্য তরল এক্সফোলিয়েশন একটি আশাব্যঞ্জক পদ্ধতি। ইতিহাস 1914 সালে কালো ফসফরাস, ফসফরাসের একটি স্তরযুক্ত, অর্ধপরিবাহী অ্যালোট্রোপ সংশ্লেষিত হয়েছিল। এই অ্যালোট্রোপ উচ্চ বাহক গতিশীলতা প্রদর্শন করে। 2014 সালে, বেশ কয়েকটি গোষ্ঠী কালো ফসফরাসের একটি এক-স্তর, একক-স্তর ফসফোরিনকে পৃথক করে। এটি তার ব্যান্ড ফাঁকের কারণে অপটোইলেক্ট্রনিক্স এবং ইলেকট্রনিক্সে তার সম্ভাবনার কারণে নতুন করে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে, যা তার পুরুত্ব, অ্যানিসোট্রপিক ফটোইলেক্ট্রনিক বৈশিষ্ট্য এবং বাহক গতিশীলতার পরিবর্তনের মাধ্যমে সুর করা যেতে পারে। ফসফোরেন প্রাথমিকভাবে যান্ত্রিক ক্লিভেজ ব্যবহার করে প্রস্তুত করা হয়েছিল, যা সাধারণত গ্রাফিন উৎপাদনে ব্যবহৃত একটি কৌশল। 2023 সালে, আর্সেনিক-ফসফোরিনের মিশ্র ধাতু বিশুদ্ধ ফসফোরিনের তুলনায় উচ্চতর গর্তের গতিশীলতা প্রদর্শন করেছিল এবং চৌম্বকীয়ও ছিল। ফসফোরেনের সংশ্লেষণ একটি গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জ। বর্তমানে, ফসফোরিন উৎপাদনের দুটি প্রধান উপায় রয়েছেঃ স্কচ-টেপ-ভিত্তিক মাইক্রোক্লিভেজ এবং তরল এক্সফোলিয়েশন, পাশাপাশি আরও বেশ কয়েকটি পদ্ধতিও তৈরি করা হচ্ছে। প্লাজমা খোদাই থেকে ফসফোরেন উৎপাদনেরও খবর পাওয়া গেছে। স্কচ-টেপ-ভিত্তিক মাইক্রোক্লিভেজে, ফসফোরিন স্কচ-টেপ ব্যবহার করে কালো ফসফরাস স্ফটিকের একটি বড় অংশ থেকে যান্ত্রিকভাবে নিষ্কাশিত হয়। ফসফোরেন তারপর একটি সি/সিও2 স্তরের উপর স্থানান্তরিত হয়, যেখানে এটি অ্যাসিটোন, আইসোপ্রোপাইল অ্যালকোহল এবং মিথানল দিয়ে পরিষ্কার করা হয় যাতে কোনও স্কচ টেপের অবশিষ্টাংশ অপসারণ করা যায়। তারপর দ্রাবক অবশিষ্টাংশ অপসারণের জন্য নমুনাটি 180 ডিগ্রি সেলসিয়াসে গরম করা হয়। তরল এক্সফোলিয়েশন পদ্ধতিতে, প্রথমে ব্রেন্ট এট আল দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছিল। 2014 সালে এবং অন্যদের দ্বারা পরিবর্তিত, বাল্ক ব্ল্যাক ফসফরাস প্রথমে একটি মর্টার এবং পেস্টলে গুঁড়ো করা হয় এবং তারপরে কম-শক্তির স্নান সোনিকেশন ব্যবহার করে একটি নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডলের অধীনে এন. এম. পি-এর মতো ডিঅক্সিজেনেটেড, নির্জল জৈব তরলগুলিতে সোনিকেট করা হয়। তারপরে অনাবৃত কালো ফসফরাসকে ফিল্টার করার জন্য 30 মিনিটের জন্য সাসপেনশনগুলি সেন্ট্রিফিউজ করা হয়। 2ডি মনোলেয়ার এবং কয়েকটি স্তরের ফসফোরিন আনঅক্সিডাইজড এবং স্ফটিকাকার কাঠামোর ফলস্বরূপ, বাতাসের সংস্পর্শে আসার সময় ফসফোরিনকে জারিত করে এবং অ্যাসিড তৈরি করে। তরল এক্সফোলিয়েশনের আরেকটি বৈচিত্র হল "মৌলিক এন-মিথাইল-2-পাইরোলিডোন (এন. এম. পি) তরল এক্সফোলিয়েশন"। একটি স্যাচুরেটেড NaOH/NMP দ্রবণে বাল্ক ব্ল্যাক ফসফোরিন যোগ করা হয়, যা তরল এক্সফোলিয়েশন পরিচালনা করার জন্য আরও 4 ঘন্টার জন্য সোনিকেট করা হয়। এরপরে দ্রবণটি দু 'বার সেন্ট্রিফিউজ করা হয়, প্রথমে 10 মিনিটের জন্য যে কোনও অনাবৃত কালো ফসফরাস অপসারণ করতে এবং তারপরে 20 মিনিটের জন্য উচ্চতর গতিতে এন. এম. পি থেকে ফসফোরিনের পুরু স্তরগুলি (<আই. ডি1> স্তরগুলি) আলাদা করতে। সুপারনেট্যান্টটি আবার উচ্চতর গতিতে আরও 20 মিনিটের জন্য সেন্ট্রিফিউজ করা হয় যাতে ফসফোরেনের পাতলা স্তরগুলি (1-7 স্তর) আলাদা করা যায়। সেন্ট্রিফিউগেশন থেকে প্রাপ্ত অবক্ষেপ তারপর জলে পুনরায় ছড়িয়ে দেওয়া হয় এবং ডিওনাইজড জল দ্বারা বেশ কয়েকবার ধুয়ে ফেলা হয়। ফসফোরেন/জলের দ্রবণটি 280-এনএম সিওও2 পৃষ্ঠের সাথে সিলিকোনে ফেলে দেওয়া হয়, যেখানে এটি ভ্যাকুয়ামের অধীনে আরও শুকানো হয়। এনএমপি তরল এক্সফোলিয়েশন পদ্ধতিতে নিয়ন্ত্রিত আকার এবং স্তর সংখ্যা, চমৎকার জল স্থায়িত্ব এবং উচ্চ ফলন সহ ফসফোরিন উৎপন্ন হতে দেখা গেছে। বর্তমান পদ্ধতির অসুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে দীর্ঘ সোনিকেশন সময়, উচ্চ বয়লিং পয়েন্ট দ্রাবক এবং কম দক্ষতা। অতএব, তরল এক্সফোলিয়েশনের জন্য অন্যান্য শারীরিক পদ্ধতিগুলি এখনও বিকাশের অধীনে রয়েছে। ঝেং এবং সহকর্মীদের দ্বারা বিকশিত একটি লেজার-সহায়ক পদ্ধতি 5 মিনিটের মধ্যে 90 শতাংশ পর্যন্ত আশাব্যঞ্জক ফলন দেখিয়েছে। লেজার ফোটন বাল্ক ব্ল্যাক ফসফরাস স্ফটিকের পৃষ্ঠের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, যার ফলে একটি প্লাজমা এবং দ্রাবক বুদবুদ আন্তঃস্তর মিথস্ক্রিয়াকে দুর্বল করে দেয়। লেজার শক্তির উপর নির্ভর করে দ্রাবক (ইথানল, মিথানল, হেক্সেন ইত্যাদি) এবং বিকিরণের সময়, ফসফোরেনের স্তর সংখ্যা এবং পার্শ্বীয় আকার নিয়ন্ত্রণ করা হয়েছিল। ফসফোরেনের উচ্চ ফলন উৎপাদন দ্রাবকগুলিতে অনেক গোষ্ঠী দ্বারা প্রদর্শিত হয়েছে, তবে এই উপাদানটির সম্ভাব্য প্রয়োগগুলি উপলব্ধি করার জন্য, এই মুক্ত-স্থায়ী ন্যানোশিটগুলিকে সাবস্ট্রেটে পদ্ধতিগতভাবে দ্রাবকগুলিতে জমা করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এইচ. কৌর এবং অন্যান্য। ল্যাংমুয়ার-ব্লজেট সমাবেশ ব্যবহার করে কয়েকটি স্তর অর্ধপরিবাহী ফসফোরেনের সংশ্লেষণ, ইন্টারফেস-চালিত প্রান্তিককরণ এবং পরবর্তী কার্যকরী বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করে। এটিই প্রথম গবেষণা যা ফসফোরেনের ন্যানোশিটগুলিকে বিভিন্ন সাপোর্টে একত্রিত করার এবং পরবর্তীকালে এই শিটগুলিকে একটি বৈদ্যুতিন যন্ত্রে ব্যবহার করার চ্যালেঞ্জের প্রতি একটি সরল ও বহুমুখী সমাধান প্রদান করে। অতএব, ল্যাংমুয়ার-ব্লজেটের মতো ওয়েট অ্যাসেম্বলি কৌশলগুলি ফসফোরেনের পাশাপাশি অন্যান্য 2ডি স্তরযুক্ত অজৈব পদার্থের বৈদ্যুতিন এবং অপ্টো-বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যগুলির অনুসন্ধানের জন্য একটি অত্যন্ত মূল্যবান নতুন প্রবেশদ্বার হিসাবে কাজ করে। 2ডি ফসফোরেন সরাসরি এপিটাক্সিয়ালভাবে বৃদ্ধি করা এখনও একটি চ্যালেঞ্জ কারণ কালো ফসফোরেনের স্থায়িত্ব স্তরের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল, যা তাত্ত্বিক সিমুলেশন দ্বারা বোঝা যায়। বৈশিষ্ট্য কাঠামো ফসফোরেন 2ডি উপকরণগুলি বেশিরভাগ উপাদানে পাওয়া সমযোজী বা আয়নিক বন্ধনের পরিবর্তে ভ্যান ডার ওয়াল বল দ্বারা একত্রিত পৃথক স্তরগুলির সমন্বয়ে গঠিত। ফসফরাস পরমাণুর 3p কক্ষপথে পাঁচটি ইলেকট্রন রয়েছে, যা ফসফোরিন কাঠামোর মধ্যে ফসফরাস পরমাণুর sp3 সংকরকরণের জন্ম দেয়। একস্তরযুক্ত ফসফোরিন একটি চতুর্ভুজ পিরামিডের কাঠামো প্রদর্শন করে কারণ পি পরমাণুর তিনটি ইলেকট্রন অন্যান্য তিনটি পি পরমাণুর সাথে 2,18 এ সমযোজীভাবে একটি একক জোড়া ছেড়ে যায়। দুটি ফসফরাস পরমাণু স্তরটির সমতলে একে অপরের থেকে 99° দূরে থাকে এবং তৃতীয় ফসফরাস স্তরগুলির মধ্যে 103° কোণে থাকে, যার গড় কোণ 102°। ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব (ডি. এফ. টি) গণনা অনুসারে, কাঠামোগত শৈলশিরার আকারে উল্লেখযোগ্য অ-সুস্পষ্টতা সহ একটি মধুচক্র জাল কাঠামোতে ফসফোরিন গঠিত হয়। এটি ভবিষ্যদ্বাণী করা হয় যে কালো ফসফরাসের স্ফটিক কাঠামো উচ্চ চাপে বৈষম্য করা যেতে পারে। এটি বেশিরভাগ অসমমিত স্ফটিক কাঠামোর কারণে কালো ফসফরাসের অ্যানিসোট্রপিক সংকোচনের কারণে হয়। পরবর্তীকালে, ভ্যান ডার ওয়ালস বন্ধনকে জেড-দিকে ব্যাপকভাবে সংকুচিত করা যেতে পারে। যাইহোক, অর্থোগোনাল x-y সমতল জুড়ে সংকোচনের ক্ষেত্রে একটি বড় বৈচিত্র্য রয়েছে। জানা গেছে যে উৎপাদনের কেন্দ্রত্যাগী গতি নিয়ন্ত্রণ করা কোনও উপাদানের পুরুত্ব নিয়ন্ত্রণে সহায়তা করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, সংশ্লেষণের সময় 18000 আরপিএম-এ সেন্ট্রিফিউজিং 210 এনএম গড় ব্যাস এবং 2.8 ± 1.5 এনএম (2-7 স্তর) পুরুত্ব সহ ফসফোরিন তৈরি করে। ব্যান্ড ফাঁক এবং পরিবাহিতা ফসফোরেনের একটি পুরুত্ব নির্ভর সরাসরি ব্যান্ড ফাঁক রয়েছে যা একটি মনোলেয়ারে 1.88 eV তে পরিবর্তিত হয়। একক-স্তর ফসফোরেনে ব্যান্ড ফাঁকের মান বৃদ্ধি ভ্যালেন্সের শীর্ষে এবং পরিবহন ব্যান্ডের নীচের অংশে আন্তঃস্তর সংকরকরণের অনুপস্থিতির কারণে হতে পারে বলে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। প্রায় 1.45 ই. ভি কেন্দ্রিক একটি উচ্চারিত শিখর বাল্ক স্ফটিক থেকে কয়েকটি বা একক স্তরের ফসফোরিন পার্থক্যের মধ্যে ব্যান্ড ফাঁক কাঠামোর পরামর্শ দেয়। ভ্যাকুয়ামে বা দুর্বল স্তরের উপর, ফসফোরিন প্রান্তের ন্যানোটিউব সমাপ্তির সাথে একটি আকর্ষণীয় পুনর্গঠন ঘটানো খুব সহজ, যা ফসফোরিন প্রান্তকে ধাতব থেকে অর্ধপরিবাহীতে রূপান্তরিত করে। বায়ু স্থায়িত্ব ফসফোরেনের একটি প্রধান অসুবিধা হল এর সীমিত বায়ু-স্থায়িত্ব। হাইগ্রোস্কোপিক ফসফরাস দ্বারা গঠিত এবং অত্যন্ত উচ্চ পৃষ্ঠ-থেকে-আয়তনের অনুপাত সহ, ফসফোরিন জলীয় বাষ্প এবং অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে দৃশ্যমান আলোর সাহায্যে কয়েক ঘন্টার মধ্যে অবনমিত হয়। অবক্ষয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, ফসফোরিন (কঠিন) অক্সিজেন/জলের সাথে বিক্রিয়া করে পৃষ্ঠে তরল পর্যায়ের অ্যাসিড 'বুদ্বুদ' তৈরি করে এবং অবশেষে সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে যায় (এস-বি-ভি অবক্ষয়) এবং সামগ্রিক গুণমানকে মারাত্মকভাবে হ্রাস করে। প্রয়োগ ট্রানজিস্টর গবেষকরা প্রকৃত যন্ত্রে এর কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য ফসফোরেনের ট্রানজিস্টর তৈরি করেছেন। ফসফোরেন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টর 1 মাইক্রোমিটারের একটি চ্যানেল নিয়ে গঠিত এবং 2 থেকে 20 ন্যানোমিটারের বেশি পুরুত্বের কয়েকটি স্তরযুক্ত ফসফোরেন ব্যবহার করে। গেট ভোল্টেজ হ্রাসের সাথে মোট প্রতিরোধের হ্রাস লক্ষ্য করা যায়, যা ফসফোরেনের পি-টাইপ বৈশিষ্ট্যকে নির্দেশ করে। নিম্ন নিষ্কাশন পক্ষপাতের ক্ষেত্রে ট্রানজিস্টরের রৈখিক আই-ভি সম্পর্ক ফসফোরিন/ধাতব ইন্টারফেসে ভাল যোগাযোগের বৈশিষ্ট্যের পরামর্শ দেয়। উচ্চ নিষ্কাশন পক্ষপাতের মানগুলিতে ভাল তড়িৎ প্রবাহ সম্পৃক্ততা লক্ষ্য করা গেছে। যাইহোক, এটি দেখা গেছে যে বাল্ক ব্ল্যাক ফসফরাসের তুলনায় কয়েকটি স্তরের ফসফোরেনে গতিশীলতা হ্রাস পেয়েছে। ফসফোরিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টরের ক্ষেত্র-প্রভাব গতিশীলতা একটি শক্তিশালী পুরুত্ব নির্ভরতা দেখায়, যা প্রায় 5 এনএম-এ শীর্ষে থাকে এবং স্ফটিক পুরুত্বের আরও বৃদ্ধির সাথে সাথে ক্রমাগত হ্রাস পায়। পারমাণবিক স্তর জমা (এএলডি) অস্তরক স্তর এবং/অথবা হাইড্রোফোবিক পলিমার যন্ত্রের অবক্ষয় এবং ব্যর্থতা রোধ করার জন্য ক্যাপসুলেশন স্তর হিসাবে ব্যবহৃত হয়। ফসফোরেন যন্ত্রগুলি এনক্যাপসুলেশন স্তর সহ কয়েক সপ্তাহ ধরে তাদের কার্যকারিতা বজায় রাখে বলে জানা গেছে, যেখানে পরিবেষ্টিত অবস্থার সংস্পর্শে আসার সময় এক সপ্তাহের মধ্যে যন্ত্রের ব্যর্থতা অনুভব করে। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মতো রিচার্জেবল ব্যাটারির জন্য ব্যাটারি ইলেক্ট্রোড ফসফোরেনকে একটি আশাব্যঞ্জক অ্যানোড উপাদান হিসাবে বিবেচনা করা হয়। আন্তঃস্তর স্থানটি লিথিয়াম সংরক্ষণ এবং স্থানান্তরের অনুমতি দেয়। ফসফোরেনের স্তর সংখ্যা এবং পার্শ্বীয় আকার অ্যানোডের স্থায়িত্ব এবং ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। ইনভার্টার গবেষকরা একটি ফসফোরিন পি. এম. ও. এস ট্রানজিস্টরকে এম. ও. এস2 এন. এম. ও. এস ট্রানজিস্টরের সাথে একত্রিত করে সি. এম. ও. এস ইনভার্টার (লজিক সার্কিট) তৈরি করেছেন, যা সম্ভাব্য বৈদ্যুতিন প্রয়োগের জন্য একটি নতুন চ্যানেল উপাদান হিসাবে অর্ধপরিবাহী ফসফোরিন স্ফটিকের উচ্চ বৈচিত্র্যময় সংহতকরণ অর্জন করেছে। ইনভার্টারে, বিদ্যুৎ সরবরাহের ভোল্টেজ 1 ভি হিসাবে সেট করা হয়। আউটপুট ভোল্টেজটি-10 থেকে-2 ভি পর্যন্ত ইনপুট ভোল্টেজ সীমার মধ্যে ভিডিডি থেকে 0-এ একটি স্পষ্ট রূপান্তর দেখায়। সৌর-কোষ দাতা উপাদান (অপটোইলেক্ট্রনিক্স) সৌর-কোষ উপাদানগুলিতে মিশ্র দ্বিস্তরীয় ফসফোরেনের সম্ভাব্য প্রয়োগগুলিও পরীক্ষা করা হয়েছিল। আদর্শ ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক নিয়ন্ত্রণ এবং উচ্চতর যান্ত্রিক নমনীয়তার সাথে অতি-পাতলা প্রকৃতির কারণে নমনীয় সার্কিট ফসফোরেন নমনীয় ন্যানো সিস্টেমের জন্য একটি আশাব্যঞ্জক প্রার্থী। গবেষকরা কয়েকটি স্তরের ফসফরাসের উপর ভিত্তি করে নমনীয় ট্রানজিস্টর, সার্কিট এবং এএম ডিমোডুলেটর প্রদর্শন করেছেন, যা ~ 310 সেমি2/ভিএস পর্যন্ত উচ্চ কক্ষ তাপমাত্রার বাহক গতিশীলতা এবং শক্তিশালী কারেন্ট স্যাচুরেশন সহ উন্নত অ্যাম বাইপোলার পরিবহন দেখায়। ডিজিটাল ইনভার্টার, ভোল্টেজ পরিবর্ধক এবং ফ্রিকোয়েন্সি ডাবলার সহ মৌলিক সার্কিট ইউনিটগুলি বাস্তবায়িত হয়েছে। উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি নমনীয় স্মার্ট ন্যানো সিস্টেমে সম্ভাব্য প্রয়োগের জন্য 20 গিগাহার্টজের সর্বোচ্চ অভ্যন্তরীণ কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি সহ রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি (আরএফ) ট্রানজিস্টরগুলি উপলব্ধি করা হয়েছে। আরও দেখুন বরোফিন জার্মানিন গ্রাফিন সিলিসিন স্ট্যানিন রেফারেন্স ফসফরাস সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ উদীয়মান প্রযুক্তি মনোলেয়ার