石墨烯的出現(xiàn)是近年來非常重大的成就之一，很多原本難以實現(xiàn)的技術(shù)借助石墨烯的幫助已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。但石墨烯價格高昂，想要使用其進行產(chǎn)品制造或技術(shù)研究，那么成本就會大大增長，科學家們開始迫切的尋找一種低價的替代商品。
初中化學中學過的為數(shù)不多的物質(zhì)之一就是磷，最常聽到的是紅磷和白磷，黑磷其實也是磷的一種同素異形體。百余年前，化學家就合成出了黑磷這種物質(zhì)，合成后沒有了后文。
由于石墨烯帶來的二維材料的熱潮，直到2013年才有人重新把興趣集中在黑磷上。在2014年上半年一系列的文獻中，有人通過剝離的方式得到了10到20個原子厚度的超薄黑磷薄膜，現(xiàn)在黑磷二維材料已經(jīng)成為了晶片界的一個新寵。
黑磷讓人興奮的地方在于其可以制備出超薄黑磷（也稱為磷烯），其非常類似二維材料石墨烯。但是與石墨烯最大不同在于，磷烯存在能隙，而石墨烯沒有。那能隙是什么呢?在半導體中，由于能隙的存在，半導體只有吸收足夠的能量才會呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，即在半導體原件中可以表示0和1。如果沒有能隙存在，就很難表示數(shù)字電路中的邏輯狀態(tài)。
黑磷的能隙還可以通過黑磷層數(shù)進行微調(diào)，凱斯西儲大學電氣工程學院的助理教授馮·菲利普解釋道。其能隙電壓可以控制在0.3-2.0伏特范圍內(nèi)，這個覆蓋成都幾乎涵蓋了最近發(fā)現(xiàn)的所有二維材料的能隙電壓。而且它可以作為其他不同物質(zhì)之間間隙的連接橋梁。
韓國成均館大學的科學家最近通過結(jié)合不同材料調(diào)整了黑磷的能隙電壓值，制作出的晶體管非常接近現(xiàn)在常見的硅芯片結(jié)構(gòu)。
能隙作用除了實現(xiàn)以上功能，還對材料的光電特性有影響?？茖W家也對黑磷的光電能力做了研究，美國明尼蘇達大學光子學專家李默說：“光電特性包括光的吸收、發(fā)射和調(diào)制，半導體材料的光學性能主要依賴于能隙的大小?！焙诹椎哪芟斗秶馕吨梢晕?.6到4.0微米波長的光，如果換算成顏色，其覆蓋范圍在可見光到紅外線區(qū)間。這個光譜范圍是黑磷在光相關(guān)傳感器應用的關(guān)鍵。
李默的研究小組制作了一個基于黑磷的光線探測器，這個光線探測器每秒能夠轉(zhuǎn)換三十億比特的光信號。
不幸的是，黑磷難以制備，難以保存。目前只有一種制備方法，就是將紅磷在高溫高壓下形成黑磷，然后將黑磷剝離成可制備納米材料的原子厚度的薄片。而更不幸的是，黑磷暴露在空氣中后，就會和空氣中的水蒸氣和氧氣反應，性能就會大打折扣?！靶疫\的是，許多惰性材料都可以用來保護黑磷材料，延長黑磷設備在空氣中的使用時間?！崩钅f。
