Esploristoj de la Moskva Instituto pri Fiziko kaj Teknologio sukcesis kreskigi atome maldikajn filmojn de molibden-disulfido kovrantaj ĝis kelkaj dekoj da kvadrataj centimetroj. Estis pruvite ke la strukturo de la materialo povas esti modifita variigante la sinteztemperaturon. La filmoj, kiuj estas gravaj por elektroniko kaj optoelektroniko, estis akiritaj je 900-1,000° Celsius. La trovoj estis publikigitaj en la revuo ACS Applied Nano Materials.

Dudimensiaj materialoj altiras konsiderindan intereson pro siaj unikaj trajtoj devenantaj de sia strukturo kaj kvantumaj mekanikaj restriktoj. La familio de 2-D materialoj inkluzivas metalojn, duonmetalojn, duonkonduktaĵojn kaj izolilojn. Grafeno, kiu eble estas la plej fama 2-D materialo, estas monotavolo de karbonatomoj. Ĝi havas la plej altan ŝarĝo-portadan moveblecon registrita ĝis nun. Tamen, grafeno havas neniun bendinterspacon sub normaj kondiĉoj, kaj tio limigas ĝiajn aplikojn.

Male al grafeno, la optimuma larĝo de la bendinterspaco en molibden-disulfido (MoS2) igas ĝin taŭga por uzo en elektronikaj aparatoj. Ĉiu MoS2-tavolo havas sandviĉan strukturon, kun tavolo de molibdeno premita inter du tavoloj de sulfuratomoj. Dudimensiaj kamioneto der Waals heterostrukturoj, kiuj kombinas malsamajn 2-D materialojn, montras bonegan promeson ankaŭ. Fakte, ili jam estas vaste uzataj en energi-rilataj aplikoj kaj katalizo. Oblat-skala (grand-area) sintezo de 2-D molibden-disulfido montras la potencialon por trarompaj progresoj en la kreado de travideblaj kaj flekseblaj elektronikaj aparatoj, optika komunikado por venontgeneraciaj komputiloj, same kiel en aliaj kampoj de elektroniko kaj optoelektroniko.

"La metodo, kiun ni elpensis por sintezi MoS2, implicas du paŝojn. Unue, filmo de MoO3 estas kreskigita uzante la atomtavolan deponteknikon, kiu ofertas precizan atomtavoldikecon kaj permesas konforman tegaĵon de ĉiuj surfacoj. Kaj MoO3 povas facile akiri sur oblatoj de ĝis 300 milimetroj en diametro. Poste, la filmo estas varmotraktita en sulfura vaporo. Kiel rezulto, la oksigenatomoj en MoO3 estas anstataŭigitaj per sulfuratomoj, kaj MoS2 estas formita. Ni jam lernis kreski atome maldikajn filmojn de MoS2 sur areo de ĝis kelkaj dekoj da kvadrataj centimetroj,” klarigas Andrey Markeev, la estro de la Laboratorio pri Atomtavola Deponaĵo de MIPT.

La esploristoj determinis, ke la strukturo de la filmo dependas de la sulfuriga temperaturo. La filmoj sulfurigitaj je 500°С enhavas kristalajn grajnojn, po kelkaj nanometroj, enigitajn en amorfa matrico. Je 700°С, tiuj kristalitoj estas proksimume 10-20 nm laŭlarĝe kaj la S-Mo-S-tavoloj estas orientitaj perpendikulare al la surfaco. Kiel rezulto, la surfaco havas multajn pendantajn ligojn. Tia strukturo montras altan katalizan agadon en multaj reagoj, inkluzive de la hidrogena evolureago. Por ke MoS2 estu uzata en elektroniko, la S-Mo-S-tavoloj devas esti paralelaj al la surfaco, kiu estas atingita ĉe sulfurigaj temperaturoj de 900-1,000°С. La rezultaj filmoj estas same maldikaj kiel 1.3 nm, aŭ du molekulaj tavoloj, kaj havas komerce signifan (t.e. sufiĉe grandan) areon.

La MoS2-filmoj sintezitaj sub optimumaj kondiĉoj estis enkondukitaj en metal-dielektrik-semikonduktaĵajn prototipstrukturojn, kiuj estas bazitaj sur ferelektra hafniooksido kaj modeligas kampefikan transistoron. La MoS2-filmo en tiuj strukturoj funkciis kiel semikonduktaĵkanalo. Ĝia kondukteco estis kontrolita ŝanĝante la polusiĝdirekton de la ferelektra tavolo. Kiam en kontakto kun MoS2, la La:(HfO2-ZrO2) materialo, kiu pli frue estis evoluigita en la MIPT-laboratorio, estis trovita havi restan polusiĝon de proksimume 18 mikrokulomboj je kvadrata centimetro. Kun ŝanĝa eltenivo de 5 milionoj da cikloj, ĝi superis la antaŭan mondan rekordon de 100,000 cikloj por siliciokanaloj.