Molybdeenitrioksidilla (MoO3) on potentiaalia tärkeänä kaksiulotteisena (2-D) materiaalina, mutta sen irtotavaravalmistus on jäänyt luokkansa muihin verrattuna. Nyt A*STAR:n tutkijat ovat kehittäneet yksinkertaisen menetelmän ultraohuiden, korkealaatuisten MoO3-nanolevyjen massatuotantoon.

Grafeenin löytämisen jälkeen muut kaksiulotteiset materiaalit, kuten siirtymämetallidikalkogenidit, alkoivat herättää huomattavaa huomiota. Erityisesti MoO3 nousi tärkeäksi 2-D-puolijohtavaksi materiaaliksi sen merkittävien elektronisten ja optisten ominaisuuksien vuoksi, jotka lupaavat lukuisia uusia sovelluksia elektroniikassa, optoelektroniikassa ja sähkökromiikassa.

Liu Hongfei ja kollegat A*STAR Institute of Materials Research and Engineering -instituutista ja Institute of High Performance Computing -instituutista ovat pyrkineet kehittämään yksinkertaisen tekniikan suurten, korkealaatuisten MoO3-nanolevyjen massatuotantoon, jotka ovat joustavia ja läpinäkyviä.

"Atomisesti ohuilla molybdeenitrioksidin nanolevyillä on uusia ominaisuuksia, joita voidaan hyödyntää monissa elektronisissa sovelluksissa", Liu sanoo. "Mutta hyvälaatuisten nanoarkkien tuottamiseksi peruskiteen on oltava erittäin puhdasta."

Ensin käyttämällä lämpöhöyryn kuljetukseksi kutsuttua tekniikkaa, tutkijat haihduttivat MoO3-jauhetta putkiuunissa 1000 celsiusasteessa. Sitten vähentämällä nukleaatiokohtien lukumäärää ne voisivat paremmin sovittaa MoO3:n termodynaamiseen kiteytykseen tuottaakseen korkealaatuisia kiteitä 600 celsiusasteessa ilman erityistä substraattia.

"Yleensä substraatti vaikuttaa kiteen kasvuun korkeissa lämpötiloissa", selittää Liu. "Kuitenkin tarkoituksellisen substraatin puuttuessa voisimme paremmin hallita kiteiden kasvua, jolloin voimme kasvattaa erittäin puhtaita ja laadukkaita molybdeenitrioksidikiteitä."

Jäähdytettyään kiteet huoneenlämpötilaan tutkijat käyttivät mekaanista ja vesipitoista kuorintaa tuottaakseen submikronin paksuisia MoO3-kiteiden hihnoja. Kun hihnat sonikoitiin ja sentrifugoitiin, he pystyivät tuottamaan suuria, korkealaatuisia MoO3-nanoarkkeja.

Työ on tarjonnut uusia näkemyksiä 2-D MoO3-nanoarkkien kerrosten välisistä elektronisista vuorovaikutuksista. Ryhmän kehittämät kiteen kasvu- ja kuorintatekniikat voivat myös olla hyödyllisiä 2D-materiaalien kaistavälin ja siten optoelektronisten ominaisuuksien manipuloinnissa muodostamalla 2D-heteroliitoksia.

"Yritämme nyt valmistaa 2-D MoO3-nanoarkkeja suuremmilla alueilla sekä tutkia niiden mahdollista käyttöä muissa laitteissa, kuten kaasuantureissa", Liu sanoo.