Mae ymchwilwyr o Sefydliad Ffiseg a Thechnoleg Moscow wedi llwyddo i dyfu ffilmiau atomig denau o disulfide molybdenwm yn rhychwantu hyd at sawl degau o gentimetrau sgwâr. Dangoswyd y gellir addasu strwythur y deunydd trwy amrywio'r tymheredd synthesis. Cafwyd y ffilmiau, sy'n bwysig i electroneg ac optoelectroneg, ar 900-1,000 ° Celsius. Cyhoeddwyd y canfyddiadau yn y cyfnodolyn ACS Applied Nano Materials.

Mae deunyddiau dau ddimensiwn yn denu cryn ddiddordeb oherwydd eu priodweddau unigryw yn deillio o'u strwythur a chyfyngiadau mecanyddol cwantwm. Mae'r teulu o ddeunyddiau 2-D yn cynnwys metelau, semimetals, lled-ddargludyddion, ac ynysyddion. Mae graphene, sef y deunydd 2-D enwocaf efallai, yn monolayer o atomau carbon. Mae ganddo'r symudedd gwefrydd uchaf a gofnodwyd hyd yma. Fodd bynnag, nid oes gan graphene unrhyw fwlch band o dan amodau safonol, ac mae hynny'n cyfyngu ar ei gymwysiadau.

Yn wahanol i graphene, mae lled optimaidd y bandgap mewn disulfide molybdenwm (MoS2) yn ei gwneud yn addas i'w ddefnyddio mewn dyfeisiau electronig. Mae gan bob haen MoS2 strwythur rhyngosod, gyda haen o folybdenwm wedi'i wasgu rhwng dwy haen o atomau sylffwr. Mae heterostructures van der Waals dau ddimensiwn, sy'n cyfuno gwahanol ddeunyddiau 2-D, yn dangos addewid mawr hefyd. Mewn gwirionedd, maent eisoes yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn cymwysiadau sy'n gysylltiedig ag ynni a chatalysis. Mae synthesis ar raddfa waffer (ardal fawr) o disulfide molybdenwm 2-D yn dangos y potensial ar gyfer datblygiadau arloesol wrth greu dyfeisiau electronig tryloyw a hyblyg, cyfathrebu optegol ar gyfer cyfrifiaduron cenhedlaeth nesaf, yn ogystal ag mewn meysydd eraill electroneg ac optoelectroneg.

“Mae'r dull a luniwyd gennym i syntheseiddio MoS2 yn cynnwys dau gam. Yn gyntaf, mae ffilm o MoO3 yn cael ei thyfu gan ddefnyddio'r dechneg dyddodiad haen atomig, sy'n cynnig trwch haen atomig manwl gywir ac yn caniatáu gorchuddio pob arwyneb yn gydnaws. A gellir cael MoO3 yn hawdd ar wafferi hyd at 300 milimetr mewn diamedr. Nesaf, caiff y ffilm ei drin â gwres mewn anwedd sylffwr. O ganlyniad, mae atomau sylffwr yn disodli'r atomau ocsigen yn MoO3, ac mae MoS2 yn cael ei ffurfio. Rydym eisoes wedi dysgu tyfu ffilmiau MoS2 sy'n denau yn atomig ar arwynebedd o hyd at sawl degau o gentimetrau sgwâr,” eglura Andrey Markeev, pennaeth Labordy Dyddodiad Haen Atomig MIPT.

Penderfynodd yr ymchwilwyr fod strwythur y ffilm yn dibynnu ar y tymheredd sylffwreiddio. Mae'r ffilmiau sydd wedi'u sylffwreiddio ar 500 ° C yn cynnwys grawn crisialog, ychydig o nanometrau yr un, wedi'u hymgorffori mewn matrics amorffaidd. Ar 700 ° C, mae'r crisialau hyn tua 10-20 nm ar draws ac mae'r haenau S-Mo-S wedi'u cyfeirio'n berpendicwlar i'r wyneb. O ganlyniad, mae gan yr wyneb nifer o fondiau hongian. Mae strwythur o'r fath yn dangos gweithgaredd catalytig uchel mewn llawer o adweithiau, gan gynnwys yr adwaith esblygiad hydrogen. Er mwyn i MoS2 gael ei ddefnyddio mewn electroneg, rhaid i'r haenau S-Mo-S fod yn gyfochrog â'r wyneb, a gyflawnir ar dymheredd sylffwreiddio o 900-1,000 ° C. Mae'r ffilmiau canlyniadol mor denau ag 1.3 nm, neu ddwy haen moleciwlaidd, ac mae ganddynt ardal fasnachol arwyddocaol (hy, digon mawr).

Cyflwynwyd y ffilmiau MoS2 wedi'u syntheseiddio o dan yr amodau gorau posibl i strwythurau prototeip metel-deuelectrig-lled-ddargludyddion, sy'n seiliedig ar hafnium ocsid ferroelectrig ac yn modelu transistor effaith maes. Roedd y ffilm MoS2 yn y strwythurau hyn yn gwasanaethu fel sianel lled-ddargludyddion. Rheolwyd ei dargludedd trwy newid cyfeiriad polareiddio'r haen ferroelectrig. Pan mewn cysylltiad â MoS2, canfuwyd bod gan y deunydd La:(HfO2-ZrO2), a ddatblygwyd yn gynharach yn y labordy MIPT, bolareiddiad gweddilliol o tua 18 microcoulombs fesul centimedr sgwâr. Gyda dygnwch newid o 5 miliwn o gylchoedd, roedd ar frig y record byd blaenorol o 100,000 o gylchoedd ar gyfer sianeli silicon.