黑磷在3D分析、分子识别中的未来发展

基于黑磷/硅混合平台的片上中红外系统原理图。无源硅光子层用于引导中红外光，黑磷在光的发射、调制和检测中起主动作用。

  在紧凑系统中使用中红外技术仍然面临与传统电子集成的兼容性问题。由于黑磷在光子电路中的广泛应用，它在克服这些挑战方面引起了人们的关注。发表在《应用物理评论》上的一项研究强调了黑鳞在新兴设备中的潜在应用，从医学成像到环境监测等。新加坡国立大学的研究人员综述了迄今为止将黑鳞用于下一代光电芯片的相关研究工作。在论文中，该小组评估了不同芯片组件的进展，从光探测到激光发射。

  作者Kah-Wee Ang说:“将波长从近红外扩展到中红外可以实现通信和计算之外更多样化的功能。”“传感技术是中红外领域最重要的潜在应用之一，因为它可以将我们生活的现实世界与芯片上的虚拟系统连接起来。”作为一种二维材料，黑磷可以通过各种调控手段实现其卓越的多功能性。这些特性使黑鳞在光电领域很有吸引力，可以使传统电子芯片与使用光子传输信息的新兴技术相结合。

  除了用于热成像，中红外技术还可用于识别分子“指纹”，或利用中红外波长的独特特征来分析三维结构和运动，以区分人造物体和自然物体。Ang说:“如果我们能实现一种紧凑的中红外系统，那么我们也许可以使用一个小小的芯片来实现诸如健康监测和有毒气体检测之类的应用。”

  通过修改层数、施加垂直电场并相对容易地引入化学掺杂，可以有效地调整黑鳞电子能级以满足设备的需要。这种精确的调整有助于电光调制，有利于更快速的计算和数据通信，以及微弱信号检测和频谱分析。

  尽管前景看好，但大量生产原子级层厚的黑磷仍具有很大的挑战。

  “我们经常依靠胶带剥离来获得薄层黑磷，这不是一个完全可重复的过程，”Ang说,“如果实现大规模增长，将是推进黑磷技术的一大突破。”Ang希望这篇综述有助于在未来几年将黑磷作为下一代光电设备的基本材料，并期待着继续致力于高性能和紧凑电路原型的开发。