Fosforeno como um Sensor de Gás Superior: Adsorção Seletiva e Resposta I–V Distinta

Relatórios recentes sobre a fabricação de fosforeno, ou seja, fósforo negro monoestratificado ou de poucas camadas, levantaram perspectivas empolgantes de um material bidimensional (2D) excepcional que exibe excelentes propriedades para aplicações em nanodispositivos. Aqui, estudamos, por meio de cálculos de primeiros princípios, a adsorção de moléculas de gás CO, CO2, NH3, NO e NO2 em um fosforeno monoestratificado. Nossos resultados prevêem um desempenho de detecção superior do fosforeno que rivaliza ou até supera o de outros materiais 2D, como grafeno e MoS2. Determinamos as posições de adsorção ideais dessas moléculas no fosforeno e identificamos a dopagem molecular, ou seja, a transferência de carga entre as moléculas e o fosforeno, como o mecanismo propulsor da alta força de adsorção. Além disso, calculamos a relação corrente-voltagem (I-V) usando o formalismo da função de Green não equilibrista (NEGF). As características de transporte mostram grande anisotropia (1-2 ordens de magnitude) ao longo de diferentes direções (braço de cadeira ou zigzag), o que é consistente com a estrutura de banda eletrônica anisotrópica do fosforeno. Notavelmente, a relação I-V exibe respostas distintas com uma mudança acentuada na relação I-V ao longo das direções de braço de cadeira ou zigzag, dependendo do tipo de moléculas. Essa seletividade e sensibilidade à adsorção tornam o fosforeno um sensor de gás superior que promete aplicações abrangentes.