Navorsers van die Moskouse Instituut vir Fisika en Tegnologie het daarin geslaag om atoomdun films van molibdeendisulfied te laat groei wat tot etlike tientalle vierkante sentimeter strek. Daar is gedemonstreer dat die materiaal se struktuur gewysig kan word deur die sintesetemperatuur te verander. Die films, wat belangrik is vir elektronika en opto-elektronika, is teen 900-1 000° Celsius verkry. Die bevindinge is in die joernaal ACS Applied Nano Materials gepubliseer.

Tweedimensionele materiale lok groot belangstelling vanweë hul unieke eienskappe wat voortspruit uit hul struktuur en kwantummeganiese beperkings. Die familie van 2-D materiale sluit metale, halfmetale, halfgeleiers en isolators in. Grafeen, wat miskien die bekendste 2-D materiaal is, is 'n monolaag van koolstofatome. Dit het die hoogste ladingdraer-mobiliteit wat tot dusver aangeteken is. Grafeen het egter geen bandgaping onder standaardtoestande nie, en dit beperk die toepassings daarvan.

Anders as grafeen, maak die optimale breedte van die bandgaping in molibdeendisulfied (MoS2) dit geskik vir gebruik in elektroniese toestelle. Elke MoS2-laag het 'n toebroodjiestruktuur, met 'n laag molibdeen wat tussen twee lae swaelatome gedruk is. Tweedimensionele van der Waals heterostrukture, wat verskillende 2-D materiale kombineer, toon ook groot belofte. Trouens, hulle word reeds wyd gebruik in energieverwante toepassings en katalise. Wafer-skaal (groot-area) sintese van 2-D molibdeen disulfied toon die potensiaal vir deurbraak vordering in die skepping van deursigtige en buigsame elektroniese toestelle, optiese kommunikasie vir volgende-generasie rekenaars, sowel as in ander velde van elektronika en opto-elektronika.

“Die metode waarmee ons vorendag gekom het om MoS2 te sintetiseer, behels twee stappe. Eerstens word 'n film van MoO3 gegroei met behulp van die atoomlaagafsettingstegniek, wat presiese atoomlaagdikte bied en konforme laag van alle oppervlaktes moontlik maak. En MoO3 kan maklik verkry word op wafers van tot 300 millimeter in deursnee. Vervolgens word die film hittebehandel in swaeldamp. As gevolg hiervan word die suurstofatome in MoO3 vervang deur swaelatome, en MoS2 word gevorm. Ons het reeds geleer om atoomdun MoS2-films op 'n oppervlakte van tot etlike tientalle vierkante sentimeter te kweek,” verduidelik Andrey Markeev, die hoof van MIPT se Atomic Layer Deposition Lab.

Die navorsers het vasgestel dat die struktuur van die film afhang van die sulfuriseringstemperatuur. Die films wat by 500°С geswael is, bevat kristallyne korrels, 'n paar nanometer elk, ingebed in 'n amorfe matriks. By 700°С is hierdie kristalliete ongeveer 10-20 nm deur en die S-Mo-S-lae is loodreg op die oppervlak georiënteer. As gevolg hiervan het die oppervlak talle hangende bindings. Sodanige struktuur toon hoë katalitiese aktiwiteit in baie reaksies, insluitend die waterstofevolusie-reaksie. Vir MoS2 om in elektronika gebruik te word, moet die S-Mo-S-lae parallel aan die oppervlak wees, wat bereik word by sulfuriseringstemperature van 900-1 000 ° С. Die resulterende films is so dun soos 1,3 nm, of twee molekulêre lae, en het 'n kommersieel beduidende (dws groot genoeg) area.

Die MoS2-films wat onder optimale toestande gesintetiseer is, is in metaal-diëlektriese-halfgeleier-prototipe strukture ingebring, wat gebaseer is op ferro-elektriese hafniumoksied en 'n veldeffek-transistor modelleer. Die MoS2-film in hierdie strukture het as 'n halfgeleierkanaal gedien. Die geleidingsvermoë daarvan is beheer deur die polarisasierigting van die ferro-elektriese laag te verander. Wanneer in kontak met MoS2, is gevind dat die La:(HfO2-ZrO2) materiaal, wat vroeër in die MIPT-laboratorium ontwikkel is, 'n oorblywende polarisasie van ongeveer 18 mikrocoulombs per vierkante sentimeter het. Met 'n skakeluithouvermoë van 5 miljoen siklusse het dit die vorige wêreldrekord van 100 000 siklusse vir silikonkanale oortref.