Maskvos fizikos ir technologijos instituto mokslininkams pavyko išauginti atomiškai plonas molibdeno disulfido plėveles, kurių plotas siekia iki kelių dešimčių kvadratinių centimetrų. Įrodyta, kad keičiant sintezės temperatūrą galima keisti medžiagos struktūrą. Elektronikai ir optoelektronikai svarbios plėvelės buvo gautos 900-1000°C temperatūroje. Išvados buvo paskelbtos žurnale ACS Applied Nano Materials.

Dvimatės medžiagos sulaukia didelio susidomėjimo dėl unikalių savybių, kylančių dėl jų struktūros ir kvantinių mechaninių apribojimų. 2-D medžiagų šeima apima metalus, pusmetalius, puslaidininkius ir izoliatorius. Grafenas, kuris yra bene garsiausia 2-D medžiaga, yra vienasluoksnis anglies atomų sluoksnis. Iki šiol užfiksuotas didžiausias įkrovimo nešiklio mobilumas. Tačiau grafenas neturi juostos tarpo standartinėmis sąlygomis, o tai riboja jo naudojimą.

Skirtingai nuo grafeno, dėl optimalaus molibdeno disulfido (MoS2) juostos pločio jis tinkamas naudoti elektroniniuose įrenginiuose. Kiekvienas MoS2 sluoksnis turi daugiasluoksnę struktūrą, o tarp dviejų sieros atomų sluoksnių yra išspaustas molibdeno sluoksnis. Dviejų dimensijų van der Waals heterostruktūros, kuriose sujungiamos skirtingos 2-D medžiagos, taip pat yra daug žadančios. Tiesą sakant, jie jau plačiai naudojami su energija susijusiose srityse ir katalizuojant. Plokščių skalės (didelio ploto) 2-D molibdeno disulfido sintezė rodo proveržio pažangos galimybes kuriant skaidrius ir lanksčius elektroninius prietaisus, optinį ryšį naujos kartos kompiuteriams, taip pat kitose elektronikos ir optoelektronikos srityse.

„Metodas, kurį sukūrėme MoS2 sintezei, apima du etapus. Pirmiausia, naudojant atominio sluoksnio nusodinimo techniką, užauginama MoO3 plėvelė, kuri užtikrina tikslų atominio sluoksnio storį ir leidžia konformiškai padengti visus paviršius. O MoO3 nesunkiai galima gauti iki 300 milimetrų skersmens plokštelėse. Toliau plėvelė termiškai apdorojama sieros garais. Dėl to MoO3 deguonies atomai pakeičiami sieros atomais ir susidaro MoS2. Jau išmokome auginti atomiškai plonas MoS2 plėveles iki kelių dešimčių kvadratinių centimetrų plote“, – aiškina MIPT Atominio sluoksnio nusodinimo laboratorijos vadovas Andrey Markeev.

Mokslininkai nustatė, kad plėvelės struktūra priklauso nuo sieros temperatūros. Plėvelėse, sierose 500°С temperatūroje, yra po kelių nanometrų kristalinių grūdelių, įterptų į amorfinę matricą. Esant 700 ° C temperatūrai, šių kristalitų skersmuo yra apie 10–20 nm, o S-Mo-S sluoksniai yra orientuoti statmenai paviršiui. Dėl to paviršius turi daug kabančių jungčių. Tokia struktūra rodo didelį katalizinį aktyvumą daugelyje reakcijų, įskaitant vandenilio išsiskyrimo reakciją. Kad MoS2 būtų naudojamas elektronikoje, S-Mo-S sluoksniai turi būti lygiagrečiai paviršiui, o tai pasiekiama esant 900-1000°С sieros temperatūrai. Gautos plėvelės yra plonos iki 1,3 nm arba dviejų molekulinių sluoksnių ir turi komerciškai reikšmingą (ty pakankamai didelį) plotą.

Optimaliomis sąlygomis susintetintos MoS2 plėvelės buvo įvestos į metalo-dielektriko-puslaidininkio prototipų struktūras, kurios yra feroelektrinio hafnio oksido pagrindu ir modeliuoja lauko tranzistorių. MoS2 plėvelė šiose struktūrose tarnavo kaip puslaidininkinis kanalas. Jo laidumas buvo kontroliuojamas keičiant feroelektrinio sluoksnio poliarizacijos kryptį. Susilietus su MoS2, La: (HfO2-ZrO2) medžiaga, kuri anksčiau buvo sukurta MIPT laboratorijoje, buvo nustatyta, kad likutinė poliarizacija yra maždaug 18 mikrokulonų kvadratiniame centimetre. 5 milijonų ciklų perjungimo ištvermė viršijo ankstesnį pasaulio silicio kanalų 100 000 ciklų rekordą.