Մոսկվայի ֆիզիկայի և տեխնոլոգիայի ինստիտուտի հետազոտողներին հաջողվել է մոլիբդենի դիսուլֆիդի ատոմային բարակ թաղանթներ աճեցնել, որոնք ընդգրկում են մինչև մի քանի տասնյակ սանտիմետր քառակուսի: Ցույց է տրվել, որ նյութի կառուցվածքը կարող է փոփոխվել՝ փոխելով սինթեզի ջերմաստիճանը: Ֆիլմերը, որոնք կարևոր են էլեկտրոնիկայի և օպտոէլեկտրոնիկայի համար, ստացվել են 900-1000°C ջերմաստիճանում: Հետազոտությունները հրապարակվել են ACS Applied Nano Materials ամսագրում:

Երկչափ նյութերը զգալի հետաքրքրություն են գրավում իրենց կառուցվածքից և քվանտային մեխանիկական սահմանափակումներից բխող իրենց յուրահատուկ հատկությունների պատճառով: 2-D նյութերի ընտանիքը ներառում է մետաղներ, կիսամետաղներ, կիսահաղորդիչներ և մեկուսիչներ: Գրաֆենը, որը թերեւս ամենահայտնի 2-D նյութն է, ածխածնի ատոմների միաշերտ է: Այն ունի մինչ օրս գրանցված ամենաբարձր լիցքավորիչի շարժունակությունը: Այնուամենայնիվ, գրաֆենը ստանդարտ պայմաններում չունի ժապավենային բաց, և դա սահմանափակում է դրա կիրառությունները:

Ի տարբերություն գրաֆենի, մոլիբդենի դիսուլֆիդի (MoS2) շերտի օպտիմալ լայնությունը այն դարձնում է էլեկտրոնային սարքերում օգտագործելու համար: MoS2-ի յուրաքանչյուր շերտ ունի սենդվիչ կառուցվածք՝ ծծմբի ատոմների երկու շերտերի միջև սեղմված մոլիբդենի շերտով: Երկչափ վան դեր Վալսի հետերոկառուցվածքները, որոնք միավորում են տարբեր 2-D նյութեր, նույնպես մեծ խոստումնալից են: Փաստորեն, դրանք արդեն լայնորեն կիրառվում են էներգիայի հետ կապված ծրագրերում և կատալիզում: 2-D մոլիբդենի դիսուլֆիդի վաֆլի մասշտաբով (մեծ տարածքի) սինթեզը ցույց է տալիս թափանցիկ և ճկուն էլեկտրոնային սարքերի ստեղծման բեկումնային առաջընթացի ներուժը, օպտիկական հաղորդակցությունը հաջորդ սերնդի համակարգիչների, ինչպես նաև էլեկտրոնիկայի և օպտոէլեկտրոնիկայի այլ ոլորտներում:

«Մեթոդը, որը մենք մշակել ենք MoS2-ի սինթեզման համար, ներառում է երկու քայլ. Նախ, MoO3-ի թաղանթն աճեցվում է ատոմային շերտի նստեցման տեխնիկայի միջոցով, որն առաջարկում է ատոմային շերտի ճշգրիտ հաստություն և թույլ է տալիս բոլոր մակերեսների համապատասխան ծածկույթը: Իսկ MoO3-ը հեշտությամբ կարելի է ձեռք բերել մինչև 300 միլիմետր տրամագծով վաֆլիների վրա: Հաջորդը, ֆիլմը ջերմային մշակվում է ծծմբի գոլորշու մեջ: Արդյունքում MoO3-ում թթվածնի ատոմները փոխարինվում են ծծմբի ատոմներով, և առաջանում է MoS2։ Մենք արդեն սովորել ենք աճեցնել ատոմայինորեն բարակ MoS2 թաղանթները մինչև մի քանի տասնյակ քառակուսի սանտիմետր տարածքի վրա», - բացատրում է MIPT-ի ատոմային շերտի նստեցման լաբորատորիայի ղեկավար Անդրեյ Մարկեևը:

Հետազոտողները պարզել են, որ թաղանթի կառուցվածքը կախված է ծծմբացման ջերմաստիճանից։ 500°С-ում ծծմբացված թաղանթները պարունակում են բյուրեղային հատիկներ՝ յուրաքանչյուրը մի քանի նանոմետր՝ ներկառուցված ամորֆ մատրիցով։ 700°С-ում այս բյուրեղների լայնությունը մոտ 10-20 նմ է, իսկ S-Mo-S շերտերը ուղղահայաց են մակերեսին: Արդյունքում, մակերեսը ունի բազմաթիվ կախովի կապեր: Նման կառուցվածքը ցույց է տալիս բարձր կատալիտիկ ակտիվություն բազմաթիվ ռեակցիաներում, ներառյալ ջրածնի էվոլյուցիայի ռեակցիան: Որպեսզի MoS2-ը օգտագործվի էլեկտրոնիկայի մեջ, S-Mo-S շերտերը պետք է զուգահեռ լինեն մակերեսին, ինչը ձեռք է բերվում ծծմբացման 900-1000°С ջերմաստիճանում: Ստացված թաղանթները այնքան բարակ են, որքան 1,3 նմ, կամ երկու մոլեկուլային շերտ, և ունեն առևտրային նշանակալի (այսինքն՝ բավական մեծ) տարածք:

Օպտիմալ պայմաններում սինթեզված MoS2 թաղանթները ներդրվել են մետաղ-դիէլեկտրիկ-կիսահաղորդչային նախատիպի կառուցվածքներում, որոնք հիմնված են ֆերոէլեկտրական հաֆնիումի օքսիդի վրա և մոդելավորում են դաշտային տրանզիստոր: Այս կառույցներում MoS2 ֆիլմը ծառայել է որպես կիսահաղորդչային ալիք: Նրա հաղորդունակությունը վերահսկվում էր ֆերոէլեկտրական շերտի բևեռացման ուղղությունը փոխելու միջոցով: MoS2-ի հետ շփվելիս La:(HfO2-ZrO2) նյութը, որն ավելի վաղ մշակվել էր MIPT լաբորատորիայում, պարզվեց, որ մնացորդային բևեռացում ունի մոտավորապես 18 միկրոկուլոմբ մեկ քառակուսի սանտիմետրում: 5 միլիոն ցիկլերի փոխարկման դիմացկունությամբ այն գերազանցեց նախորդ համաշխարհային ռեկորդը՝ 100,000 ցիկլ սիլիկոնային ալիքների համար: