يتمتع ثالث أكسيد الموليبدينوم (MoO3) بإمكانية كونه مادة مهمة ثنائية الأبعاد (2-D)، لكن تصنيعه بالجملة قد تخلف عن تصنيع المواد الأخرى في فئته. الآن، طور الباحثون في A*STAR طريقة بسيطة لإنتاج صفائح نانوية MoO3 عالية الجودة ورفيعة للغاية.

بعد اكتشاف الجرافين، بدأت مواد أخرى ثنائية الأبعاد، مثل ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية، في جذب اهتمام كبير. على وجه الخصوص، برز MoO3 باعتباره مادة شبه موصلة ثنائية الأبعاد مهمة بسبب خصائصه الإلكترونية والبصرية الرائعة التي تبشر بالخير لمجموعة من التطبيقات الجديدة في مجال الإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية والكهروكيميائية.

سعى ليو هونغفي وزملاؤه من معهد A*STAR لأبحاث وهندسة المواد ومعهد الحوسبة عالية الأداء إلى تطوير تقنية بسيطة لإنتاج صفائح نانوية كبيرة وعالية الجودة من MoO3 تتسم بالمرونة والشفافية.

يقول ليو: "تتمتع الصفائح النانوية الرقيقة ذريًا من ثالث أكسيد الموليبدينوم بخصائص جديدة يمكن استخدامها في مجموعة من التطبيقات الإلكترونية". "ولكن لإنتاج صفائح نانوية ذات نوعية جيدة، يجب أن تكون البلورة الأم ذات درجة نقاء عالية جدًا."

من خلال استخدام تقنية تسمى نقل البخار الحراري أولاً، قام الباحثون بتبخير مسحوق MoO3 في فرن أنبوبي عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية. وبعد ذلك، من خلال تقليل عدد مواقع النواة، يمكنهم مطابقة التبلور الديناميكي الحراري لـ MoO3 بشكل أفضل لإنتاج بلورات عالية الجودة عند 600 درجة مئوية دون الحاجة إلى ركيزة محددة.

يوضح ليو: "بشكل عام، يتأثر نمو البلورات في درجات الحرارة المرتفعة بالركيزة". "ومع ذلك، في غياب الركيزة المتعمدة، يمكننا التحكم بشكل أفضل في نمو البلورات، مما يسمح لنا بتنمية بلورات ثالث أكسيد الموليبدينوم ذات الجودة العالية والنقاء."

بعد تبريد البلورات إلى درجة حرارة الغرفة، استخدم الباحثون التقشير الميكانيكي والمائي لإنتاج أحزمة سمكها أقل من الميكرون من بلورات MoO3. وبمجرد إخضاع الأحزمة للصوتنة والطرد المركزي، أصبحوا قادرين على إنتاج صفائح نانوية كبيرة وعالية الجودة من MoO3.

قدم هذا العمل رؤى جديدة حول التفاعلات الإلكترونية البينية لأوراق النانو MoO3 ثنائية الأبعاد. يمكن أيضًا أن تكون تقنيات النمو والتقشير البلوري التي طورها الفريق مفيدة في معالجة فجوة النطاق - وبالتالي الخصائص الإلكترونية الضوئية - للمواد ثنائية الأبعاد من خلال تشكيل وصلات متغايرة ثنائية الأبعاد.

يقول ليو: "نحن نحاول الآن تصنيع صفائح نانوية ثنائية الأبعاد من MoO3 بمساحات أكبر، بالإضافة إلى استكشاف إمكانية استخدامها في أجهزة أخرى، مثل أجهزة استشعار الغاز".