Даследчыкам з Маскоўскага фізіка-тэхнічнага інстытута ўдалося вырасціць атамарна тонкія плёнкі дысульфіду малібдэна плошчай да некалькіх дзясяткаў квадратных сантыметраў. Было паказана, што структуру матэрыялу можна мадыфікаваць, змяняючы тэмпературу сінтэзу. Плёнкі, важныя для электронікі і оптаэлектронікі, атрымліваліся пры тэмпературы 900-1000° па Цэльсіі. Высновы былі апублікаваныя ў часопісе ACS Applied Nano Materials.

Двухмерныя матэрыялы выклікаюць значную цікавасць дзякуючы сваім унікальным уласцівасцям, якія вынікаюць з іх структуры і квантава-механічных абмежаванняў. Сямейства 2-D матэрыялаў уключае металы, паўметалы, паўправаднікі і ізалятары. Графен, які з'яўляецца, бадай, самым вядомым двухмерным матэрыялам, уяўляе сабой монослой атамаў вугляроду. Ён мае самую высокую рухомасць носьбітаў зарада, зафіксаваную на сённяшні дзень. Аднак графен не мае забароненай зоны ў стандартных умовах, і гэта абмяжоўвае яго прымяненне.

У адрозненне ад графена, аптымальная шырыня забароненай зоны ў дысульфіду малібдэна (MoS2) робіць яго прыдатным для выкарыстання ў электронных прыладах. Кожны пласт MoS2 мае сэндвіч-структуру са слоем малібдэна, уціснутым паміж двума пластамі атамаў серы. Двухмерныя гетэраструктуры Ван-дэр-Ваальса, якія спалучаюць розныя 2-D матэрыялы, таксама паказваюць вялікія перспектывы. Фактычна, яны ўжо шырока выкарыстоўваюцца ў энергетычных прыкладаннях і каталізе. Сінтэз 2-D дысульфіду малібдэна ў вафельным маштабе (вялікай плошчы) паказвае патэнцыял для прарыўных дасягненняў у стварэнні празрыстых і гнуткіх электронных прылад, аптычнай сувязі для камп'ютараў новага пакалення, а таксама ў іншых галінах электронікі і оптаэлектронікі.

«Метад, які мы прыдумалі для сінтэзу MoS2, уключае два этапы. Па-першае, плёнка з MoO3 вырошчваецца з выкарыстаннем метаду нанясення атамнага пласта, які забяспечвае дакладную таўшчыню атамнага пласта і дазваляе канформнае пакрыццё ўсіх паверхняў. А MoO3 лёгка можна атрымаць на пласцінах дыяметрам да 300 міліметраў. Далей плёнка падвяргаецца тэрмічнай апрацоўцы ў парах серы. У выніку атамы кіслароду ў MoO3 замяшчаюцца атамамі серы і ўтвараецца MoS2. Мы ўжо навучыліся вырошчваць атамарна тонкія плёнкі MoS2 на плошчы да некалькіх дзясяткаў квадратных сантыметраў», - тлумачыць Андрэй Маркееў, кіраўнік Лабараторыі атамна-пластовага нанясення МФТІ.

Даследчыкі вызначылі, што структура плёнкі залежыць ад тэмпературы сульфирования. Плёнкі, сульфіраваныя пры 500°С, утрымліваюць крышталічныя зерні памерам у некалькі нанаметраў кожнае, убудаваныя ў аморфную матрыцу. Пры 700°С гэтыя крышталіты маюць дыяметр каля 10-20 нм, а слаі S-Mo-S арыентаваны перпендыкулярна паверхні. У выніку на паверхні маюцца шматлікія звісаючыя сувязі. Такая структура дэманструе высокую каталітычную актыўнасць у многіх рэакцыях, у тым ліку і ў рэакцыі вылучэння вадароду. Каб MoS2 выкарыстоўваўся ў электроніцы, пласты S-Mo-S павінны быць паралельныя паверхні, што дасягаецца пры тэмпературах сульфіравання 900-1000°С. Атрыманыя плёнкі маюць таўшчыню 1,3 нм, або два малекулярныя пласты, і маюць камерцыйна значную (г.зн. досыць вялікую) плошчу.

Сінтэзаваныя ў аптымальных умовах плёнкі MoS2 былі ўведзены ў прататыпныя структуры метал-дыэлектрык-паўправаднік на аснове сегнетоэлектрыка аксіду гафнію і мадэлююць палявы транзістар. Плёнка MoS2 у гэтых структурах служыла паўправадніковым каналам. Яе праводнасць кантралявалася пераключэннем напрамку палярызацыі сегнетоэлектричного пласта. Пры кантакце з MoS2 матэрыял La:(HfO2-ZrO2), які раней быў распрацаваны ў лабараторыі МФТІ, меў рэшткавую палярызацыю прыблізна 18 мікракулонаў на квадратны сантыметр. З трываласцю пераключэння ў 5 мільёнаў цыклаў ён перасягнуў папярэдні сусветны рэкорд у 100 000 цыклаў для крамянёвых каналаў.