Мәскеу физика-техникалық институтының зерттеушілері бірнеше ондаған сантиметр квадратқа жететін молибден дисульфидінің атомдық жұқа қабықшаларын өсіре алды. Материалдың құрылымын синтез температурасын өзгерту арқылы өзгертуге болатыны көрсетілді. Электроника мен оптоэлектроника үшін маңызды пленкалар 900-1000° Цельсий температурасында алынды. Зерттеу нәтижелері ACS Applied Nano Materials журналында жарияланды.

Екі өлшемді материалдар құрылымы мен кванттық механикалық шектеулерінен туындайтын бірегей қасиеттеріне байланысты үлкен қызығушылық тудырады. Екі өлшемді материалдар тобына металдар, жартылай металдар, жартылай өткізгіштер және оқшаулағыштар кіреді. Графен, мүмкін, ең танымал 2-D материалы, көміртегі атомдарының бір қабаты болып табылады. Ол осы уақытқа дейін тіркелген ең жоғары заряд тасымалдаушы ұтқырлығына ие. Дегенмен, стандартты жағдайларда графеннің диапазоны жоқ және бұл оның қолданылуын шектейді.

Графеннен айырмашылығы молибден дисульфидіндегі (MoS2) жолақтың оңтайлы ені оны электронды құрылғыларда қолдануға жарамды етеді. Әрбір MoS2 қабаты күкірт атомдарының екі қабаты арасында сығылған молибден қабаты бар сэндвич құрылымына ие. Әртүрлі 2-D материалдарды біріктіретін екі өлшемді Ван дер Ваальс гетероструктуралары да үлкен үміт көрсетеді. Шын мәнінде, олар қазірдің өзінде энергиямен байланысты қосымшаларда және катализде кеңінен қолданылады. 2-D молибден дисульфидінің вафельді масштабты (үлкен аумақты) синтезі мөлдір және икемді электронды құрылғыларды жасауда, келесі ұрпақ компьютерлері үшін оптикалық байланыста, сондай-ақ электроника мен оптоэлектрониканың басқа салаларында серпінді жетістіктердің әлеуетін көрсетеді.

«MoS2 синтезі үшін біз ойлап тапқан әдіс екі қадамды қамтиды. Біріншіден, MoO3 пленкасы атомдық қабаттың тұндыру әдісі арқылы өсіріледі, ол дәл атомдық қабат қалыңдығын ұсынады және барлық беттерді конформды жабуға мүмкіндік береді. Ал MoO3 диаметрі 300 миллиметрге дейінгі пластинкалардан оңай алуға болады. Содан кейін пленка күкірт буында термиялық өңдеуден өтеді. Нәтижесінде MoO3 құрамындағы оттегі атомдары күкірт атомдарымен алмасып, MoS2 түзіледі. Біз атомдық жұқа MoS2 қабықшаларын бірнеше ондаған шаршы сантиметрге дейін өсіруді үйрендік», - деп түсіндіреді MIPT атом қабатын тұндыру зертханасының жетекшісі Андрей Маркеев.

Зерттеушілер пленка құрылымы күкірттену температурасына байланысты екенін анықтады. 500°С күкірттелген қабықшаларда аморфты матрицаға енгізілген әрқайсысы бірнеше нанометрлік кристалдық түйіршіктер болады. 700°С температурада бұл кристаллиттер ені шамамен 10-20 нм және S-Mo-S қабаттары бетіне перпендикуляр бағытталған. Нәтижесінде бетінде көптеген салбырап тұратын байланыстар бар. Мұндай құрылым көптеген реакцияларда, соның ішінде сутегінің бөліну реакциясында жоғары каталитикалық белсенділікті көрсетеді. MoS2 электроникада қолданылуы үшін S-Mo-S қабаттары бетіне параллель болуы керек, бұл 900-1000°С күкірттену температурасында қол жеткізіледі. Алынған пленкалар 1,3 нм немесе екі молекулалық қабат сияқты жұқа және коммерциялық маңызды (яғни, жеткілікті үлкен) аумаққа ие.

Оңтайлы жағдайларда синтезделген MoS2 қабықшалары ферроэлектрлік гафний оксидіне негізделген және өрістік транзисторды модельдейтін металл-диэлектрлік-жартылай өткізгіш прототиптік құрылымдарға енгізілді. Бұл құрылымдардағы MoS2 пленкасы жартылай өткізгіш арна қызметін атқарды. Оның өткізгіштігі ферроэлектрлік қабаттың поляризация бағытын ауыстыру арқылы басқарылды. MoS2-мен байланыста болған кезде, бұрын MIPT зертханасында әзірленген La:(HfO2-ZrO2) материалының бір шаршы сантиметрге шамамен 18 микрокулонды құрайтын қалдық поляризациясы бар екені анықталды. 5 миллион циклдің ауысу төзімділігімен ол кремний арналары үшін 100 000 циклдің алдыңғы әлемдік рекордын басып озды.