मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने कई दस सेंटीमीटर वर्ग तक फैली मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड की परमाणु रूप से पतली फिल्में विकसित करने में कामयाबी हासिल की है। यह प्रदर्शित किया गया कि संश्लेषण तापमान को अलग-अलग करके सामग्री की संरचना को संशोधित किया जा सकता है। फ़िल्में, जो इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए महत्वपूर्ण हैं, 900-1,000° सेल्सियस पर प्राप्त की गईं। निष्कर्ष एसीएस एप्लाइड नैनो मटेरियल्स पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।

द्वि-आयामी सामग्रियां अपनी संरचना और क्वांटम यांत्रिक प्रतिबंधों से उत्पन्न अद्वितीय गुणों के कारण काफी रुचि आकर्षित कर रही हैं। 2-डी सामग्रियों के परिवार में धातु, सेमीमेटल, सेमीकंडक्टर और इंसुलेटर शामिल हैं। ग्राफीन, जो शायद सबसे प्रसिद्ध 2-डी सामग्री है, कार्बन परमाणुओं की एक मोनोलेयर है। इसमें अब तक दर्ज की गई उच्चतम चार्ज-वाहक गतिशीलता है। हालाँकि, मानक परिस्थितियों में ग्राफीन में कोई बैंड गैप नहीं है, और यह इसके अनुप्रयोगों को सीमित करता है।

ग्राफीन के विपरीत, मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड (MoS2) में बैंडगैप की इष्टतम चौड़ाई इसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है। प्रत्येक MoS2 परत में एक सैंडविच संरचना होती है, जिसमें सल्फर परमाणुओं की दो परतों के बीच मोलिब्डेनम की एक परत होती है। द्वि-आयामी वैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर, जो विभिन्न 2-डी सामग्रियों को जोड़ते हैं, भी बहुत अच्छा वादा दिखाते हैं। वास्तव में, वे पहले से ही ऊर्जा-संबंधित अनुप्रयोगों और उत्प्रेरण में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। 2-डी मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड का वेफर-स्केल (बड़े क्षेत्र) संश्लेषण पारदर्शी और लचीले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, अगली पीढ़ी के कंप्यूटरों के लिए ऑप्टिकल संचार, साथ ही इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के अन्य क्षेत्रों के निर्माण में महत्वपूर्ण प्रगति की संभावना को दर्शाता है।

“MoS2 को संश्लेषित करने के लिए हम जिस विधि के साथ आए हैं उसमें दो चरण शामिल हैं। सबसे पहले, परमाणु परत जमाव तकनीक का उपयोग करके MoO3 की एक फिल्म विकसित की जाती है, जो सटीक परमाणु परत मोटाई प्रदान करती है और सभी सतहों के अनुरूप कोटिंग की अनुमति देती है। और MoO3 को 300 मिलीमीटर व्यास तक के वेफर्स पर आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। इसके बाद, फिल्म को सल्फर वाष्प में गर्म किया जाता है। परिणामस्वरूप, MoO3 में ऑक्सीजन परमाणुओं को सल्फर परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, और MoS2 बनता है। हमने पहले ही कई दसियों वर्ग सेंटीमीटर तक के क्षेत्र में परमाणु रूप से पतली MoS2 फिल्में उगाना सीख लिया है, ”MIPT की परमाणु परत जमाव प्रयोगशाला के प्रमुख एंड्री मार्कीव बताते हैं।

शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि फिल्म की संरचना सल्फ्यूराइजेशन तापमान पर निर्भर करती है। 500°С पर सल्फ्यूराइज़ की गई फिल्मों में क्रिस्टलीय कण होते हैं, प्रत्येक में कुछ नैनोमीटर, एक अनाकार मैट्रिक्स में एम्बेडेड होते हैं। 700°С पर, ये क्रिस्टलाइट लगभग 10-20 एनएम के पार होते हैं और एस-मो-एस परतें सतह पर लंबवत उन्मुख होती हैं। परिणामस्वरूप, सतह पर अनेक लटकते हुए बंधन बन जाते हैं। ऐसी संरचना हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया सहित कई प्रतिक्रियाओं में उच्च उत्प्रेरक गतिविधि को प्रदर्शित करती है। इलेक्ट्रॉनिक्स में MoS2 का उपयोग करने के लिए, S-Mo-S परतें सतह के समानांतर होनी चाहिए, जो 900-1,000°С के सल्फराइजेशन तापमान पर प्राप्त की जाती है। परिणामी फिल्में 1.3 एनएम, या दो आणविक परतों जितनी पतली होती हैं, और उनका व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण (यानी, काफी बड़ा) क्षेत्र होता है।

इष्टतम परिस्थितियों में संश्लेषित MoS2 फिल्मों को धातु-ढांकता हुआ-अर्धचालक प्रोटोटाइप संरचनाओं में पेश किया गया था, जो फेरोइलेक्ट्रिक हेफ़नियम ऑक्साइड पर आधारित हैं और एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का मॉडल बनाते हैं। इन संरचनाओं में MoS2 फिल्म अर्धचालक चैनल के रूप में कार्य करती है। इसकी चालकता को फेरोइलेक्ट्रिक परत की ध्रुवीकरण दिशा को स्विच करके नियंत्रित किया गया था। MoS2 के संपर्क में आने पर, La:(HfO2-ZrO2) सामग्री, जिसे पहले MIPT प्रयोगशाला में विकसित किया गया था, में प्रति वर्ग सेंटीमीटर लगभग 18 माइक्रोकूलम्ब का अवशिष्ट ध्रुवीकरण पाया गया। 5 मिलियन चक्रों की स्विचिंग सहनशक्ति के साथ, यह सिलिकॉन चैनलों के लिए 100,000 चक्रों के पिछले विश्व रिकॉर्ड में शीर्ष पर रहा।