محققان موسسه فیزیک و فناوری مسکو موفق به رشد لایه‌های نازک اتمی از دی سولفید مولیبدن شده‌اند که تا چندین ده سانتی‌متر مربع را پوشش می‌دهند. نشان داده شد که ساختار ماده را می توان با تغییر دمای سنتز تغییر داد. فیلم‌هایی که برای الکترونیک و اپتوالکترونیک مهم هستند، در دمای 900-1000 درجه سانتیگراد به دست آمدند. این یافته ها در مجله ACS Applied Nano Materials منتشر شد.

مواد دو بعدی به دلیل خواص منحصر به فردشان که ناشی از ساختار و محدودیت های مکانیکی کوانتومی است، توجه قابل توجهی را به خود جلب می کنند. خانواده مواد دو بعدی شامل فلزات، نیمه فلزات، نیمه هادی ها و عایق ها می باشد. گرافن، که شاید معروف ترین ماده دو بعدی است، تک لایه ای از اتم های کربن است. این دارای بالاترین تحرک حامل شارژ ثبت شده تا به امروز است. با این حال، گرافن در شرایط استاندارد هیچ شکاف نواری ندارد و این کاربردهای آن را محدود می کند.

برخلاف گرافن، پهنای بهینه شکاف در دی سولفید مولیبدن (MoS2) آن را برای استفاده در دستگاه های الکترونیکی مناسب می کند. هر لایه MoS2 دارای ساختار ساندویچی است که لایه ای از مولیبدن بین دو لایه اتم گوگرد فشرده شده است. ساختارهای ناهمسان واندروالس دوبعدی که مواد دو بعدی مختلف را با هم ترکیب می‌کنند، نویدبخش خوبی نیز هستند. در واقع، آنها در حال حاضر به طور گسترده در کاربردهای مرتبط با انرژی و کاتالیز استفاده می شوند. سنتز ویفر (منطقه بزرگ) دی سولفید مولیبدن 2 بعدی، پتانسیل پیشرفت های چشمگیری را در ایجاد دستگاه های الکترونیکی شفاف و انعطاف پذیر، ارتباطات نوری برای رایانه های نسل بعدی و همچنین در سایر زمینه های الکترونیک و اپتوالکترونیک نشان می دهد.

روشی که ما برای سنتز MoS2 ارائه کردیم شامل دو مرحله است. ابتدا، یک فیلم از MoO3 با استفاده از روش رسوب لایه اتمی رشد می‌کند، که ضخامت لایه اتمی دقیقی را ارائه می‌دهد و اجازه می‌دهد تا همه سطوح را پوشش دهی کنند. و MoO3 را می توان به راحتی روی ویفرهایی با قطر حداکثر 300 میلی متر بدست آورد. سپس فیلم در بخار گوگرد تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. در نتیجه، اتم های اکسیژن در MoO3 با اتم های گوگرد جایگزین می شوند و MoS2 تشکیل می شود. آندری مارکیف، رئیس آزمایشگاه رسوب لایه اتمی MIPT توضیح می‌دهد که ما قبلاً یاد گرفته‌ایم که فیلم‌های نازک اتمی MoS2 را در مساحتی تا چندین ده سانتی‌متر مربع رشد دهیم.

محققان تشخیص دادند که ساختار فیلم به دمای سولفوریزاسیون بستگی دارد. لایه‌های سولفوره‌شده در دمای 500 درجه سانتی‌گراد حاوی دانه‌های کریستالی هستند که هر کدام چند نانومتر در یک ماتریس آمورف جاسازی شده‌اند. در دمای 700 درجه سانتیگراد، این بلورها حدود 10-20 نانومتر عرض دارند و لایه های S-Mo-S عمود بر سطح هستند. در نتیجه، سطح دارای پیوندهای آویزان متعدد است. چنین ساختاری فعالیت کاتالیزوری بالایی را در بسیاری از واکنش ها از جمله واکنش تکامل هیدروژن نشان می دهد. برای استفاده از MoS2 در الکترونیک، لایه‌های S-Mo-S باید موازی با سطح باشند، که در دمای سولفوریزاسیون 900-1000 درجه سانتیگراد به دست می‌آید. لایه‌های به‌دست‌آمده به نازکی 1.3 نانومتر یا دو لایه مولکولی هستند و از نظر تجاری دارای مساحت قابل توجهی (یعنی به اندازه کافی بزرگ) هستند.

فیلم‌های MoS2 سنتز شده در شرایط بهینه در ساختارهای نمونه اولیه فلز-دی الکتریک-نیمه رسانا، که مبتنی بر اکسید هافنیوم فروالکتریک هستند و یک ترانزیستور اثر میدانی را مدل‌سازی می‌کنند، معرفی شدند. فیلم MoS2 در این ساختارها به عنوان یک کانال نیمه هادی عمل می کند. هدایت آن با تغییر جهت قطبش لایه فروالکتریک کنترل می شد. در تماس با MoS2، ماده La:(HfO2-ZrO2) که قبلاً در آزمایشگاه MIPT توسعه یافته بود، دارای قطبش باقیمانده تقریباً 18 میکروکولن بر سانتی‌متر مربع بود. با استقامت سوئیچینگ 5 میلیون سیکل، رکورد جهانی قبلی 100000 چرخه برای کانال های سیلیکونی را به خود اختصاص داد.