મોસ્કો ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ફિઝિક્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીના સંશોધકોએ અનેક દસ સેન્ટિમીટર ચોરસ સુધી ફેલાયેલી મોલિબડેનમ ડિસલ્ફાઇડની પરમાણુ રૂપે પાતળી ફિલ્મો વિકસાવવામાં વ્યવસ્થાપિત કરી છે. તે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે સામગ્રીનું માળખું સંશ્લેષણ તાપમાનમાં ફેરફાર કરીને સુધારી શકાય છે. ઈલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સ માટે મહત્વની ફિલ્મો 900-1,000° સેલ્સિયસ પર મેળવવામાં આવી હતી. તારણો ACS એપ્લાઇડ નેનો મટિરિયલ્સ જર્નલમાં પ્રકાશિત થયા હતા.

દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીઓ તેમની રચના અને ક્વોન્ટમ યાંત્રિક પ્રતિબંધોથી ઉદ્ભવતા તેમના અનન્ય ગુણધર્મોને કારણે નોંધપાત્ર રસ આકર્ષે છે. 2-D સામગ્રીના પરિવારમાં ધાતુઓ, સેમીમેટલ્સ, સેમિકન્ડક્ટર્સ અને ઇન્સ્યુલેટરનો સમાવેશ થાય છે. ગ્રાફીન, જે કદાચ સૌથી પ્રખ્યાત 2-ડી સામગ્રી છે, તે કાર્બન અણુઓનું મોનોલેયર છે. તે અત્યાર સુધીની સૌથી વધુ ચાર્જ-કેરિયર ગતિશીલતા ધરાવે છે. જો કે, ગ્રાફીનમાં પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં કોઈ બેન્ડ ગેપ નથી, અને તે તેની એપ્લિકેશનને મર્યાદિત કરે છે.

ગ્રાફીનથી વિપરીત, મોલીબડેનમ ડાઈસલ્ફાઈડ (MoS2) માં બેન્ડગેપની શ્રેષ્ઠ પહોળાઈ તેને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં ઉપયોગ માટે યોગ્ય બનાવે છે. દરેક MoS2 સ્તરમાં સેન્ડવીચ માળખું હોય છે, જેમાં સલ્ફર પરમાણુના બે સ્તરો વચ્ચે મોલીબડેનમનો એક સ્તર સ્ક્વિઝ્ડ હોય છે. દ્વિ-પરિમાણીય વાન ડેર વાલ્સ હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સ, જે વિવિધ 2-ડી સામગ્રીને જોડે છે, તે પણ મહાન વચન દર્શાવે છે. વાસ્તવમાં, તેઓ પહેલેથી જ ઉર્જા-સંબંધિત કાર્યક્રમો અને ઉત્પ્રેરકમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. 2-D મોલિબડેનમ ડાયસલ્ફાઇડનું વેફર-સ્કેલ (મોટા-વિસ્તાર) સંશ્લેષણ પારદર્શક અને લવચીક ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના નિર્માણમાં, આગામી પેઢીના કમ્પ્યુટર્સ માટે ઓપ્ટિકલ સંચાર તેમજ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સના અન્ય ક્ષેત્રોમાં પ્રગતિશીલ પ્રગતિની સંભાવના દર્શાવે છે.

“MoS2 ને સંશ્લેષણ કરવા માટે અમે જે પદ્ધતિ સાથે આવ્યા છીએ તેમાં બે પગલાં શામેલ છે. પ્રથમ, MoO3 ની ફિલ્મ અણુ સ્તર જમા કરવાની તકનીકનો ઉપયોગ કરીને ઉગાડવામાં આવે છે, જે ચોક્કસ અણુ સ્તરની જાડાઈ પ્રદાન કરે છે અને તમામ સપાટીઓ પર સુસંગત કોટિંગની મંજૂરી આપે છે. અને MoO3 સરળતાથી 300 મિલીમીટર વ્યાસના વેફર્સ પર મેળવી શકાય છે. આગળ, ફિલ્મને સલ્ફર વરાળમાં ગરમીથી સારવાર આપવામાં આવે છે. પરિણામે, MoO3 માં ઓક્સિજન પરમાણુ સલ્ફર પરમાણુ દ્વારા બદલવામાં આવે છે, અને MoS2 રચાય છે. અમે પહેલાથી જ દસ ચોરસ સેન્ટિમીટર સુધીના વિસ્તાર પર પરમાણુ રૂપે પાતળી MoS2 ફિલ્મો ઉગાડવાનું શીખી લીધું છે,” એમઆઈપીટીની એટોમિક લેયર ડિપોઝિશન લેબના વડા, એન્ડ્રે માર્કીવ સમજાવે છે.

સંશોધકોએ નક્કી કર્યું કે ફિલ્મની રચના સલ્ફરાઇઝેશન તાપમાન પર આધારિત છે. 500°С પર સલ્ફરાઇઝ્ડ ફિલ્મોમાં સ્ફટિકીય અનાજ હોય ​​છે, દરેકમાં થોડા નેનોમીટર હોય છે, જે આકારહીન મેટ્રિક્સમાં જડિત હોય છે. 700°С પર, આ સ્ફટિકો લગભગ 10-20 nm આસપાસ હોય છે અને S-Mo-S સ્તરો સપાટી પર લંબરૂપ હોય છે. પરિણામે, સપાટી પર અસંખ્ય લટકતા બોન્ડ્સ છે. આવી રચના હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા સહિત અનેક પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે. ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં MoS2 નો ઉપયોગ કરવા માટે, S-Mo-S સ્તરો સપાટીની સમાંતર હોવા જોઈએ, જે 900-1,000°С ના સલ્ફરાઇઝેશન તાપમાને પ્રાપ્ત થાય છે. પરિણામી ફિલ્મો 1.3 nm જેટલી પાતળી હોય છે, અથવા બે મોલેક્યુલર સ્તરો હોય છે, અને વ્યાપારી રીતે નોંધપાત્ર (એટલે ​​​​કે, પૂરતી મોટી) વિસ્તાર ધરાવે છે.

શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓમાં સંશ્લેષિત MoS2 ફિલ્મોને મેટલ-ડાઇલેક્ટ્રિક-સેમિકન્ડક્ટર પ્રોટોટાઇપ સ્ટ્રક્ચર્સમાં રજૂ કરવામાં આવી હતી, જે ફેરોઇલેક્ટ્રિક હેફનિયમ ઓક્સાઇડ પર આધારિત છે અને ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું મોડેલ બનાવે છે. આ રચનાઓમાં MoS2 ફિલ્મ સેમિકન્ડક્ટર ચેનલ તરીકે સેવા આપે છે. તેની વાહકતા ફેરોઇલેક્ટ્રિક સ્તરની ધ્રુવીકરણ દિશાને સ્વિચ કરીને નિયંત્રિત કરવામાં આવી હતી. જ્યારે MoS2 ના સંપર્કમાં, La:(HfO2-ZrO2) સામગ્રી, જે અગાઉ MIPT લેબમાં વિકસાવવામાં આવી હતી, તેમાં ચોરસ સેન્ટીમીટર દીઠ આશરે 18 માઇક્રોકોલોમ્બ્સનું અવશેષ ધ્રુવીકરણ હોવાનું જણાયું હતું. 5 મિલિયન સાયકલની સ્વિચિંગ સહનશક્તિ સાથે, તે સિલિકોન ચેનલો માટે 100,000 સાયકલના અગાઉના વિશ્વ વિક્રમમાં ટોચ પર છે.