शोधकर्ताओं ने फॉस्फोरस को आर्सेनिक के साथ मिलाकर नैनोमटेरियल का एक नया परिवार बनाया है, सामग्री के एकल-परमाणु-मोटी रिबन जो अत्यधिक प्रवाहकीय हैं और अगली पीढ़ी की बैटरी, सौर सेल और क्वांटम कंप्यूटर के लिए आदर्श उम्मीदवार हैं। फास्फोरस बहुत अच्छी तरह से बिजली का संचालन नहीं करता है, जिसका अर्थ है कि व्यावहारिक अनुप्रयोगों और उपकरणों में इसका स्वयं बहुत कम उपयोग होता है। हालाँकि, यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन (यूसीएल) के शोधकर्ताओं ने पाया कि आर्सेनिक के साथ मिश्रित होने पर फॉस्फोरस और भी अधिक उपयोगी हो जाता है।
अध्ययन के संबंधित लेखकों में से एक, एडम क्लैंसी ने कहा: "आर्सेनिक के साथ फॉस्फोरस नैनोरिबन को मिश्रित करने में हमारा नवीनतम काम कई और संभावनाएं खोलता है - विशेष रूप से बैटरी और सुपरकैपेसिटर में ऊर्जा भंडारण में सुधार करने के लिए, और चिकित्सा में उपयोग किए जाने वाले निकट-अवरक्त डिटेक्टरों को बढ़ाने के लिए।"
नैनोरिबन्स से, शोधकर्ताओं का मतलब फॉस्फोरस के एक-परमाणु-मोटी रिबन, या अधिक सटीक रूप से, फॉस्फोरिन, कृत्रिम रूप से निर्मित स्तरित काले फास्फोरस की एक परत से बनी एक दो-आयामी सामग्री है, जो फॉस्फोरस का सबसे स्थिर रूप है। 2019 में, यूसीएल के शोधकर्ताओं ने फॉस्फोरस नैनोरिबन्स की क्षमता की खोज की। उन्होंने पाया कि पेरोक्साइड सौर कोशिकाओं में फास्फोरस नैनोरिबन की एक परत जोड़ने से कोशिकाओं को सूर्य से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने की अनुमति मिल सकती है।
वर्तमान अध्ययन में, उन्होंने फॉस्फोरस की चालकता में सुधार करने के लिए आर्सेनिक की "निशान मात्रा" पेश की। फॉस्फोरस और आर्सेनिक के गुच्छे से बने क्रिस्टल को -58°F (-50°C) तरल अमोनिया में घुले लिथियम के साथ मिलाया जाता है। 24 घंटे के बाद, अमोनिया हटा दें और उसकी जगह कार्बनिक विलायक डालें। गुच्छे की परमाणु संरचना के कारण, लिथियम आयन केवल एक दिशा में आगे बढ़ सकते हैं, पार्श्व में नहीं, जिससे दरारें रिबन में बन जाती हैं। शोधकर्ताओं ने नैनोमटेरियल्स का एक नया परिवार बनाया है: आर्सेनिक-फॉस्फोरस मिश्र धातु नैनोरिबन्स (एएसपीएनआर)।
उन्होंने पाया कि आर्सेनिक-फॉस्फोरस मिश्र धातु नैनोरिबन्स शुद्ध फास्फोरस नैनोरिबन्स के उपयोगी गुणों को बरकरार रखते हुए 130K (-226°F/-140°C) से ऊपर अत्यधिक प्रवाहकीय होते हैं। AsPNRs की एक प्रमुख विशेषता उनकी अत्यधिक उच्च "छेद गतिशीलता" है। छेद इलेक्ट्रॉन परिवहन में इलेक्ट्रॉनों के विपरीत साझेदार होते हैं, इसलिए छेद की गतिशीलता में वृद्धि (किसी सामग्री के माध्यम से छेद कितनी तेजी से चलती है इसका एक उपाय) वर्तमान हस्तांतरण की दक्षता को बढ़ाने में मदद कर सकता है।
वर्तमान में, फॉस्फोरस नैनोरिबन्स को लिथियम-आयन या सोडियम-आयन बैटरी में एनोड सामग्री के रूप में उपयोग करने के लिए कार्बन जैसी प्रवाहकीय सामग्री के साथ मिश्रित करने की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने कहा कि क्योंकि AsPNRs बैटरी की ऊर्जा भंडारण क्षमता और चार्ज और डिस्चार्ज गति में सुधार कर सकते हैं, यह कार्बन भराव की आवश्यकता को समाप्त कर सकता है। इसके अलावा, उनका कहना है कि सौर कोशिकाओं में AsPNRs का उपयोग करने से डिवाइस के माध्यम से चार्ज के प्रवाह में सुधार होगा, जिससे कोशिकाओं की दक्षता में वृद्धि होगी।
"आर्सेनिक-फॉस्फोरस रिबन भी चुंबकीय हैं, और हमें लगता है कि चुंबकत्व किनारों के साथ परमाणुओं से आता है, जो उन्हें क्वांटम कंप्यूटरों में भी संभावित रूप से उपयोगी बनाता है," क्लैंसी ने कहा। "अधिक व्यापक रूप से, इस अध्ययन से पता चलता है कि मिश्र धातु नैनोमटेरियल्स के इस बढ़ते परिवार के गुणों को नियंत्रित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, और इसलिए उनके अनुप्रयोग और क्षमता है।"
शोधकर्ताओं का कहना है कि उनके AsPNRs को तरल में बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है, जिसका उपयोग कम लागत पर विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।
यह शोध जर्नल ऑफ़ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी में प्रकाशित हुआ था।