Phosphor ist ein hoch reaktives Element, das sich in den Köpfen von Streichhölzern ebenso findet wie in Leuchtspurmunition etc. Man kann das Material aber auch in eine stabile kristalline Form zwingen, die als schwarzer Phosphor bekannt ist. Forschern der University of Minnesota gelang die Herstellung eines ultradünnen Films aus schwarzem Phosphor, der nur zwanzig Atomlagen stark ist.

Damit hergestellte Produkte haben noch deutlich bessere Eigenschaften als die, die mit dem bisherigen Wundermaterial Graphen produziert werden. Die Ergebnisse der Forschung von Mo Li und Steven Koester sowie den Studenten Nathan Youngblood und Che Chen wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

Als eine mögliche Lösung des Problems der Kommunikation unterschiedlicher Strukturen von immer weiter miniaturisierten Strukturen auf einem Chip gelten Materialien, die Hochgeschwindigkeitskommunikation auf der Basis von Licht erlauben. Obwohl die Existenz von schwarzem Phosphor schon über ein Jahrhundert bekannt ist, wurde erst im letzten Jahr sein Potential für Halbleiter erkannt. Wegen seiner besonderen Eigenschaften eignet sich schwarzer Phosphor ganz besonders gut für die effektive Detektion von Licht. Nun gelang es an der University of Minnesota, optische Schaltungen auf der Basis von Silizium mit einer Schicht schwarzen Phosphors zu überziehen.

Die Detektoren aus schwarzem Phosphor haben bessere Eigenschaften als welche aus Germanium, das Schwierigkeiten bei der Integration in Siliziumtechniken mit sich bringt. Hier hat schwarzer Phosphor Vorteile, denn er kann extern produziert und erst dann aufgetragen werden, was die Flexibilität massiv erhöht. Es war bei Tests möglich, Datenraten von bis zu 3 Gb/s zu realisieren, womit selbst ein HD-Video in 30 s übertragen wäre.
Interessant ist vor allem, dass schwarzer Phosphor zwar Graphen ähnelt, aber sich gleichzeitig an einem wichtigen Punkt unterscheidet, denn schwarzer Phosphor weist wie Halbleiter eine so genannte Bandlücke auf.

Bild: University of Minnesota, College of Science and Engineering