മോസ്‌കോ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ഫിസിക്‌സ് ആൻഡ് ടെക്‌നോളജിയിലെ ഗവേഷകർക്ക് പതിനായിരക്കണക്കിന് സെൻ്റീമീറ്റർ സ്‌ക്വയർ വരെ വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന മോളിബ്ഡിനം ഡൈസൾഫൈഡിൻ്റെ ആറ്റോമിക് നേർത്ത ഫിലിമുകൾ വളർത്താൻ കഴിഞ്ഞു. സിന്തസിസ് താപനിലയിൽ വ്യത്യാസം വരുത്തിക്കൊണ്ട് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്താൻ കഴിയുമെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടു. ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിനും ഒപ്‌റ്റോ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിനും പ്രാധാന്യമുള്ള ഫിലിമുകൾ 900-1,000 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ലഭിച്ചു. എസിഎസ് അപ്ലൈഡ് നാനോ മെറ്റീരിയൽസ് എന്ന ജേണലിലാണ് കണ്ടെത്തലുകൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്.

ദ്വിമാന പദാർത്ഥങ്ങൾ അവയുടെ ഘടനയിൽ നിന്നും ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്കൽ നിയന്ത്രണങ്ങളിൽ നിന്നും ഉത്ഭവിക്കുന്ന തനതായ ഗുണങ്ങൾ കാരണം ഗണ്യമായ താൽപ്പര്യം ആകർഷിക്കുന്നു. 2-ഡി മെറ്റീരിയലുകളുടെ കുടുംബത്തിൽ ലോഹങ്ങൾ, സെമിമെറ്റലുകൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, ഇൻസുലേറ്ററുകൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഒരുപക്ഷേ ഏറ്റവും പ്രശസ്തമായ 2-ഡി മെറ്റീരിയലായ ഗ്രാഫീൻ, കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു ഏകപാളിയാണ്. ഇന്നുവരെ രേഖപ്പെടുത്തിയിട്ടുള്ള ഏറ്റവും ഉയർന്ന ചാർജ്-കാരിയർ മൊബിലിറ്റി ഇതിനുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഗ്രാഫീനിന് സ്റ്റാൻഡേർഡ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ ബാൻഡ് വിടവ് ഇല്ല, അത് അതിൻ്റെ പ്രയോഗങ്ങളെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

ഗ്രാഫീനിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, മോളിബ്ഡിനം ഡൈസൾഫൈഡിലെ (MoS2) ബാൻഡ്‌ഗാപ്പിൻ്റെ ഒപ്റ്റിമൽ വീതി അതിനെ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. ഓരോ MoS2 ലെയറിനും ഒരു സാൻഡ്‌വിച്ച് ഘടനയുണ്ട്, സൾഫർ ആറ്റങ്ങളുടെ രണ്ട് പാളികൾക്കിടയിൽ ഞെക്കിയിരിക്കുന്ന മോളിബ്ഡിനത്തിൻ്റെ ഒരു പാളി. വ്യത്യസ്‌ത 2-ഡി മെറ്റീരിയലുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ദ്വിമാന വാൻ ഡെർ വാൽസ് ഹെറ്ററോസ്‌ട്രക്‌ചറുകൾ മികച്ച വാഗ്ദാനവും കാണിക്കുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ, അവ ഇതിനകം തന്നെ ഊർജ്ജവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും കാറ്റാലിസിസിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. 2-ഡി മോളിബ്ഡിനം ഡൈസൾഫൈഡിൻ്റെ വേഫർ-സ്കെയിൽ (വലിയ-വിസ്തീർണ്ണം) സിന്തസിസ്, സുതാര്യവും വഴക്കമുള്ളതുമായ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ, അടുത്ത തലമുറ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്കുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, അതുപോലെ ഇലക്ട്രോണിക്സ്, ഒപ്റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് എന്നിവയുടെ മറ്റ് മേഖലകളിൽ മുന്നേറ്റത്തിനുള്ള സാധ്യത കാണിക്കുന്നു.

“MoS2 സമന്വയിപ്പിക്കാൻ ഞങ്ങൾ കൊണ്ടുവന്ന രീതി രണ്ട് ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ആദ്യം, MoO3 ൻ്റെ ഒരു ഫിലിം ആറ്റോമിക് ലെയർ ഡിപ്പോസിഷൻ ടെക്നിക് ഉപയോഗിച്ചാണ് വളർത്തുന്നത്, ഇത് കൃത്യമായ ആറ്റോമിക് പാളി കനം പ്രദാനം ചെയ്യുകയും എല്ലാ പ്രതലങ്ങളും അനുരൂപമായ പൂശാൻ അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. 300 മില്ലിമീറ്റർ വരെ വ്യാസമുള്ള വേഫറുകളിൽ MoO3 എളുപ്പത്തിൽ ലഭിക്കും. അടുത്തതായി, സൾഫർ നീരാവിയിൽ ഫിലിം ചൂട് ചികിത്സിക്കുന്നു. തൽഫലമായി, MoO3 ലെ ഓക്സിജൻ ആറ്റങ്ങൾ സൾഫർ ആറ്റങ്ങളാൽ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കപ്പെടുകയും MoS2 രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. പതിനായിരക്കണക്കിന് ചതുരശ്ര സെൻ്റീമീറ്റർ വരെ വിസ്തൃതിയിൽ ആറ്റോമിക് കനം കുറഞ്ഞ MoS2 ഫിലിമുകൾ വളർത്താൻ ഞങ്ങൾ ഇതിനകം പഠിച്ചിട്ടുണ്ട്, ”എംഐപിടിയുടെ ആറ്റോമിക് ലെയർ ഡിപ്പോസിഷൻ ലാബിൻ്റെ മേധാവി ആൻഡ്രി മാർകീവ് വിശദീകരിക്കുന്നു.

ഫിലിമിൻ്റെ ഘടന സൾഫറൈസേഷൻ താപനിലയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുവെന്ന് ഗവേഷകർ നിർണ്ണയിച്ചു. 500 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ സൾഫറൈസ് ചെയ്‌ത ഫിലിമുകളിൽ ക്രിസ്റ്റലിൻ ധാന്യങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കുറച്ച് നാനോമീറ്റർ വീതം, ഒരു രൂപരഹിത മാട്രിക്‌സിൽ ഉൾച്ചേർത്തിരിക്കുന്നു. 700°C-ൽ, ഈ പരലുകൾക്ക് ഏകദേശം 10-20 nm കുറുകെയുണ്ട്, S-Mo-S പാളികൾ ഉപരിതലത്തിന് ലംബമായിട്ടായിരിക്കും. തൽഫലമായി, ഉപരിതലത്തിൽ ധാരാളം തൂങ്ങിക്കിടക്കുന്ന ബോണ്ടുകൾ ഉണ്ട്. അത്തരം ഘടന ഹൈഡ്രജൻ പരിണാമ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഉൾപ്പെടെ പല പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിലും ഉയർന്ന ഉത്തേജക പ്രവർത്തനം പ്രകടമാക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ MoS2 ഉപയോഗിക്കുന്നതിന്, S-Mo-S പാളികൾ ഉപരിതലത്തിന് സമാന്തരമായിരിക്കണം, ഇത് 900-1,000 ° C സൾഫറൈസേഷൻ താപനിലയിൽ കൈവരിക്കുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഫിലിമുകൾ 1.3 nm അല്ലെങ്കിൽ രണ്ട് തന്മാത്രാ പാളികൾ പോലെ നേർത്തതാണ്, കൂടാതെ വാണിജ്യപരമായി പ്രാധാന്യമുള്ള (അതായത്, ആവശ്യത്തിന് വലുത്) ഏരിയയുണ്ട്.

ഒപ്റ്റിമൽ സാഹചര്യങ്ങളിൽ സമന്വയിപ്പിച്ച MoS2 ഫിലിമുകൾ ലോഹ-ഡൈലക്‌ട്രിക്-അർദ്ധചാലക പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ഘടനകളിലേക്ക് അവതരിപ്പിച്ചു, അവ ഫെറോഇലക്‌ട്രിക് ഹാഫ്നിയം ഓക്സൈഡിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതും ഫീൽഡ്-ഇഫക്റ്റ് ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ മാതൃകയുമാണ്. ഈ ഘടനകളിലെ MoS2 ഫിലിം ഒരു അർദ്ധചാലക ചാനലായി പ്രവർത്തിച്ചു. ഫെറോഇലക്‌ട്രിക് പാളിയുടെ ധ്രുവീകരണ ദിശ മാറ്റുന്നതിലൂടെ അതിൻ്റെ ചാലകത നിയന്ത്രിച്ചു. MoS2-മായി സമ്പർക്കം പുലർത്തിയപ്പോൾ, MIPT ലാബിൽ നേരത്തെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത La:(HfO2-ZrO2) മെറ്റീരിയലിന് ഒരു ചതുരശ്ര സെൻ്റിമീറ്ററിൽ ഏകദേശം 18 മൈക്രോകൗലോംബുകളുടെ ശേഷിക്കുന്ന ധ്രുവീകരണം ഉണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തി. 5 ദശലക്ഷം സൈക്കിളുകളുടെ സ്വിച്ചിംഗ് സഹിഷ്ണുതയോടെ, സിലിക്കൺ ചാനലുകൾക്കായുള്ള 100,000 സൈക്കിളുകളുടെ മുൻ ലോക റെക്കോർഡിൽ ഇത് ഒന്നാമതെത്തി.