Истражувачите од Московскиот институт за физика и технологија успеаја да одгледуваат атомски тенки слоеви од молибден дисулфид кои се протегаат до неколку десетици сантиметри квадратни. Беше докажано дека структурата на материјалот може да се измени со менување на температурата на синтезата. Филмовите, кои се важни за електрониката и оптоелектрониката, беа добиени на 900-1.000 ° Целзиусови. Наодите беа објавени во списанието ACS Applied Nano Materials.

Дводимензионалните материјали привлекуваат значителен интерес поради нивните уникатни својства кои произлегуваат од нивната структура и квантно механички ограничувања. Фамилијата на 2-Д материјали вклучува метали, полуметали, полупроводници и изолатори. Графенот, кој е можеби најпознатиот 2-Д материјал, е еднослој од јаглеродни атоми. Има највисока мобилност на носач на полнење забележана до сега. Сепак, графенот нема јаз во појасот во стандардни услови, а тоа ја ограничува неговата примена.

За разлика од графенот, оптималната ширина на процепот во молибден дисулфид (MoS2) го прави погоден за употреба во електронски уреди. Секој слој MoS2 има сендвич структура, со слој од молибден исцеден помеѓу два слоја атоми на сулфур. Дводимензионалните ван дер Валс хетероструктури, кои комбинираат различни 2-Д материјали, исто така ветуваат многу. Всушност, тие веќе се широко користени во апликации и катализа поврзани со енергија. Синтезата на 2-D молибден дисулфид во размери (голема површина) покажува потенцијал за пробив во создавањето на транспарентни и флексибилни електронски уреди, оптичка комуникација за компјутерите од следната генерација, како и во други области на електрониката и оптоелектрониката.

„Методот до кој дојдовме за да го синтетизираме MoS2 вклучува два чекори. Прво, филм од MoO3 се одгледува со помош на техниката на таложење на атомски слој, која нуди прецизна дебелина на атомскиот слој и овозможува конформално обложување на сите површини. А MoO3 лесно може да се добие на наполитанки со дијаметар до 300 милиметри. Следно, филмот е термички обработен во пареа на сулфур. Како резултат на тоа, атомите на кислород во MoO3 се заменуваат со атоми на сулфур и се формира MoS2. Веќе научивме да растеме атомски тенки MoS2 филмови на површина до неколку десетици квадратни сантиметри“, објаснува Андреј Маркеев, шеф на Лабораторијата за таложење на атомски слоеви на MIPT.

Истражувачите утврдиле дека структурата на филмот зависи од температурата на сулфуризација. Филмовите сулфурирани на 500°С содржат кристални зрна, по неколку нанометри, вградени во аморфна матрица. На 700°С, овие кристалити се со дијаметар од околу 10-20 nm, а слоевите S-Mo-S се ориентирани нормално на површината. Како резултат на тоа, површината има бројни висечки врски. Таквата структура покажува висока каталитичка активност во многу реакции, вклучувајќи ја и реакцијата на еволуција на водород. За да може MoS2 да се користи во електрониката, слоевите S-Mo-S треба да бидат паралелни со површината, што се постигнува при температури на сулфуризација од 900-1.000°С. Добиените филмови се тенки до 1,3 nm, или два молекуларни слоја, и имаат комерцијално значајна (т.е. доволно голема) површина.

Филмовите MoS2 синтетизирани под оптимални услови беа воведени во структурите на прототип на метал-диелектрик-полупроводник, кои се базирани на фероелектричен хафниум оксид и моделираат транзистор со ефект на поле. Филмот MoS2 во овие структури служеше како полупроводнички канал. Неговата спроводливост беше контролирана со менување на насоката на поларизација на фероелектричниот слој. Кога е во контакт со MoS2, материјалот La:(HfO2-ZrO2), кој претходно беше развиен во лабораторијата MIPT, беше откриено дека има резидуална поларизација од приближно 18 микрокулони на квадратен сантиметар. Со издржливост на префрлување од 5 милиони циклуси, го надмина претходниот светски рекорд од 100.000 циклуси за силиконски канали.