Pētniekiem no Maskavas Fizikas un tehnoloģijas institūta ir izdevies izaudzēt atomiski plānas molibdēna disulfīda plēves, kuru platums ir līdz vairākiem desmitiem kvadrātcentimetru. Tika pierādīts, ka materiāla struktūru var mainīt, mainot sintēzes temperatūru. Plēves, kas ir svarīgas elektronikai un optoelektronikai, tika iegūtas 900–1000 ° C temperatūrā. Rezultāti tika publicēti žurnālā ACS Applied Nano Materials.

Divdimensiju materiāli izraisa ievērojamu interesi, pateicoties to unikālajām īpašībām, kas izriet no to struktūras un kvantu mehāniskajiem ierobežojumiem. 2-D materiālu saimē ietilpst metāli, pusmetāli, pusvadītāji un izolatori. Grafēns, kas, iespējams, ir visslavenākais 2-D materiāls, ir oglekļa atomu vienslānis. Tam ir līdz šim reģistrētā lielākā uzlādes nesēja mobilitāte. Tomēr grafēnam standarta apstākļos nav joslu spraugas, un tas ierobežo tā pielietojumu.

Atšķirībā no grafēna, optimālais joslas platums molibdēna disulfīdā (MoS2) padara to piemērotu izmantošanai elektroniskajās ierīcēs. Katram MoS2 slānim ir sviestmaižu struktūra ar molibdēna slāni, kas izspiests starp diviem sēra atomu slāņiem. Divdimensiju van der Waals heterostruktūras, kas apvieno dažādus 2-D materiālus, arī parāda lielu solījumu. Faktiski tos jau plaši izmanto ar enerģiju saistītos lietojumos un katalīzē. 2-D molibdēna disulfīda vafeļu mēroga (liela laukuma) sintēze parāda potenciālus sasniegumiem caurspīdīgu un elastīgu elektronisko ierīču izveidē, optiskajā komunikācijā nākamās paaudzes datoriem, kā arī citās elektronikas un optoelektronikas jomās.

"Metode, kuru mēs izstrādājām MoS2 sintezēšanai, ietver divus posmus. Pirmkārt, tiek audzēta MoO3 plēve, izmantojot atomu slāņa nogulsnēšanas tehniku, kas nodrošina precīzu atomu slāņa biezumu un ļauj konformāli pārklāt visas virsmas. Un MoO3 var viegli iegūt uz vafelēm ar diametru līdz 300 milimetriem. Pēc tam plēvi termiski apstrādā sēra tvaikos. Rezultātā skābekļa atomi MoO3 tiek aizstāti ar sēra atomiem, un veidojas MoS2. Mēs jau esam iemācījušies audzēt atomiski plānas MoS2 plēves uz laukuma līdz pat vairākiem desmitiem kvadrātcentimetru,” skaidro Andrejs Markejevs, MIPT Atomic Layer Deposition Lab vadītājs.

Pētnieki konstatēja, ka plēves struktūra ir atkarīga no sērošanas temperatūras. Pie 500°С sērinātās plēves satur kristāliskus graudiņus, katrs pāris nanometri, iestrādāti amorfā matricā. 700 ° C temperatūrā šie kristalīti ir aptuveni 10-20 nm, un S-Mo-S slāņi ir orientēti perpendikulāri virsmai. Rezultātā uz virsmas ir daudzas karājošas saites. Šāda struktūra demonstrē augstu katalītisko aktivitāti daudzās reakcijās, tostarp ūdeņraža evolūcijas reakcijā. Lai MoS2 varētu izmantot elektronikā, S-Mo-S slāņiem jābūt paralēliem virsmai, kas tiek panākts pie sērošanas temperatūras 900-1000°С. Iegūtās plēves ir tik plānas kā 1,3 nm jeb divi molekulārie slāņi, un tām ir komerciāli nozīmīga (ti, pietiekami liela) platība.

Optimālos apstākļos sintezētās MoS2 plēves tika ieviestas metāla-dielektriskā-pusvadītāja prototipu struktūrās, kas balstītas uz feroelektrisko hafnija oksīdu un modelē lauka efekta tranzistoru. MoS2 plēve šajās struktūrās kalpoja kā pusvadītāju kanāls. Tās vadītspēju kontrolēja, mainot feroelektriskā slāņa polarizācijas virzienu. Saskaroties ar MoS2, La:(HfO2-ZrO2) materiālam, kas iepriekš tika izstrādāts MIPT laboratorijā, tika konstatēts, ka atlikušā polarizācija bija aptuveni 18 mikrokuloni uz kvadrātcentimetru. Ar 5 miljonu ciklu pārslēgšanās izturību tas pārsniedza iepriekšējo pasaules rekordu 100 000 ciklu silīcija kanāliem.