Vísindamönnum frá eðlisfræði- og tæknistofnun Moskvu hefur tekist að rækta atómþunna filmur af mólýbdendísúlfíði sem spannar allt að nokkra tugi sentímetra fermetra. Sýnt var fram á að hægt er að breyta uppbyggingu efnisins með því að breyta myndun hitastigs. Filmurnar, sem eru mikilvægar fyrir rafeindatækni og ljóseindatækni, fengust við 900-1.000° Celsíus. Niðurstöðurnar voru birtar í tímaritinu ACS Applied Nano Materials.

Tvívíð efni vekja töluverðan áhuga vegna einstakra eiginleika þeirra sem stafa af uppbyggingu þeirra og skammtatæknilegum takmörkunum. Fjölskyldan af 2-D efnum inniheldur málma, hálfmálma, hálfleiðara og einangrunarefni. Grafen, sem er kannski frægasta tvívíddarefnið, er einlag kolefnisatóma. Hann hefur mesta hreyfanleika hleðsluaðila sem skráð hefur verið til þessa. Hins vegar hefur grafen ekkert bandbil við staðlaðar aðstæður og það takmarkar notkun þess.

Ólíkt grafeni gerir ákjósanlegur breidd bandbilsins í mólýbdendísúlfíði (MoS2) það hentugt til notkunar í rafeindatækjum. Hvert MoS2 lag hefur samlokubyggingu, með lag af mólýbdeni sem er kreist á milli tveggja laga af brennisteinsatómum. Tvívíð van der Waals heterostructures, sem sameina mismunandi 2-D efni, gefa líka góð fyrirheit. Reyndar eru þau nú þegar mikið notuð í orkutengdum forritum og hvata. Nýmyndun tvívídds mólýbden tvísúlfíðs á oblátum mælikvarða (stór svæði) sýnir möguleika á byltingarkenndum framförum í gerð gagnsæra og sveigjanlegra rafeindatækja, sjónsamskipta fyrir næstu kynslóðar tölvur, sem og á öðrum sviðum rafeindatækni og ljósatækni.

„Aðferðin sem við komum með til að búa til MoS2 felur í sér tvö skref. Í fyrsta lagi er filma af MoO3 ræktuð með því að nota atómlagsútfellingartæknina, sem býður upp á nákvæma lotulagaþykkt og gerir samræmda húðun á öllum yfirborðum. Og MoO3 er auðveldlega hægt að fá á oblátum allt að 300 millimetrum í þvermál. Því næst er filman hitameðhöndluð í brennisteinsgufu. Fyrir vikið er súrefnisatómin í MoO3 skipt út fyrir brennisteinsatóm og MoS2 myndast. Við höfum þegar lært að rækta frumeindaþunnar MoS2 filmur á svæði sem er allt að nokkra tugir fersentimetra,“ útskýrir Andrey Markeev, yfirmaður Atomic Layer Deposition Lab MIPT.

Rannsakendur komust að því að uppbygging filmunnar veltur á brennisteinshitastiginu. Kvikmyndirnar sem eru brennisteinaðir við 500°С innihalda kristallað korn, nokkra nanómetra hvert, innbyggt í formlaust fylki. Við 700°С eru þessir kristallar um 10-20 nm í þvermál og S-Mo-S lögin eru hornrétt á yfirborðið. Fyrir vikið hefur yfirborðið fjölmörg hangandi bönd. Slík uppbygging sýnir mikla hvatavirkni í mörgum viðbrögðum, þar á meðal vetnisþróunarviðbrögðum. Til þess að MoS2 sé notað í rafeindatækni verða S-Mo-S lögin að vera samsíða yfirborðinu, sem næst við brennisteinshitastigið 900-1.000°C. Filmurnar sem myndast eru eins þunnar og 1,3 nm, eða tvö sameindalög, og hafa viðskiptalega marktækt (þ.e. nógu stórt) svæði.

MoS2 kvikmyndirnar, sem voru tilbúnar við ákjósanlegar aðstæður, voru kynntar í frumgerð úr málmi-dielektrískum-hálfleiðurum, sem eru byggðar á járnrafníumoxíði og fyrirmynd af smára með sviði áhrifa. MoS2 kvikmyndin í þessum mannvirkjum þjónaði sem hálfleiðararás. Leiðni þess var stjórnað með því að skipta um skautunarstefnu járnlagsins. Þegar það kom í snertingu við MoS2, kom í ljós að La:(HfO2-ZrO2) efnið, sem var þróað áður í MIPT rannsóknarstofunni, hafði afgangsskautun um það bil 18 míkrócoulombs á fersentimetra. Með skiptiþol upp á 5 milljónir lota, toppaði það fyrra heimsmet í 100.000 lotum fyrir sílikonrásir.