Москвагийн Физик Технологийн Хүрээлэнгийн судлаачид хэдэн арван см квадрат талбайг хамарсан молибдений дисульфидын атомын нимгэн хальсыг ургуулжээ. Синтезийн температурыг өөрчлөх замаар материалын бүтцийг өөрчлөх боломжтой гэдгийг харуулсан. Электроник ба оптоэлектроникт чухал ач холбогдолтой хальсыг 900-1000 хэмийн температурт авсан. Судалгааны үр дүнг ACS Applied Nano Materials сэтгүүлд нийтэлжээ.

Хоёр хэмжээст материалууд нь бүтэц, квант механик хязгаарлалтаас үүдэлтэй өвөрмөц шинж чанараараа ихээхэн сонирхол татаж байна. Хоёр хэмжээст материалын гэр бүлд метал, хагас металл, хагас дамжуулагч, тусгаарлагч зэрэг орно. Хамгийн алдартай 2 хэмжээст материал болох графен бол нүүрстөрөгчийн атомын нэг давхарга юм. Энэ нь өнөөг хүртэл бүртгэгдсэн хамгийн өндөр цэнэг зөөгч хөдөлгөөнтэй. Гэсэн хэдий ч стандарт нөхцөлд графен нь зурвасын зөрүүгүй бөгөөд энэ нь түүний хэрэглээг хязгаарладаг.

Графенээс ялгаатай нь молибдений дисульфид (MoS2) дахь зурвасын хамгийн оновчтой өргөн нь түүнийг электрон төхөөрөмжид ашиглахад тохиромжтой болгодог. MoS2 давхарга бүр нь сэндвич бүтэцтэй бөгөөд хүхрийн атомын хоёр давхаргын хооронд молибдений давхарга шахагдсан байдаг. Янз бүрийн 2 хэмжээст материалыг хослуулсан хоёр хэмжээст ван дер Ваалсын гетероструктурууд нь бас гайхалтай амлалтыг харуулж байна. Үнэн хэрэгтээ эдгээр нь эрчим хүчтэй холбоотой хэрэглээ, катализийн ажилд аль хэдийн өргөн хэрэглэгддэг. Хоёр хэмжээст молибдений дисульфидын вафель масштабтай (том талбайд) нийлэгжилт нь тунгалаг, уян хатан электрон төхөөрөмжүүдийг бий болгох, дараагийн үеийн компьютерт зориулсан оптик холбоо, түүнчлэн электроник, оптоэлектроникийн бусад салбарт томоохон ахиц дэвшил гаргах боломжийг харуулж байна.

“MoS2-ийг нэгтгэх бидний бодож олсон арга нь хоёр үе шаттай. Нэгдүгээрт, атомын давхаргын хуримтлуулах аргыг ашиглан MoO3-ийн хальсыг ургуулдаг бөгөөд энэ нь атомын давхаргын нарийн зузааныг санал болгож, бүх гадаргууг бүрэх боломжийг олгодог. Мөн MoO3-ийг 300 миллиметр хүртэлх диаметртэй хавтан дээр хялбархан олж авч болно. Дараа нь хальсыг хүхрийн уураар дулаанаар эмчилнэ. Үүний үр дүнд MoO3 дахь хүчилтөрөгчийн атомууд хүхрийн атомуудаар солигдож, MoS2 үүсдэг. Бид атомын нимгэн MoS2 хальсыг хэдэн арван дөрвөлжин см талбайд ургуулж сурсан” гэж MIPT-ийн Атомын давхаргын хуримтлалын лабораторийн дарга Андрей Маркеев тайлбарлав.

Судлаачид хальсны бүтэц нь хүхэржилтийн температураас хамаардаг болохыг тогтоожээ. 500°С-т хүхэржүүлсэн хальс нь аморф матрицад шингэсэн тус бүр нь цөөхөн нанометрийн талст ширхэгтэй. 700°С-ийн температурт эдгээр талстууд нь 10-20 нм өргөнтэй, S-Mo-S давхаргууд нь гадаргуутай перпендикуляр байрладаг. Үүний үр дүнд гадаргуу нь олон тооны унжсан холбоосуудтай байдаг. Ийм бүтэц нь устөрөгчийн хувьслын урвал зэрэг олон урвалд өндөр катализаторын идэвхийг харуулдаг. MoS2-ийг электроникод ашиглахын тулд S-Mo-S давхаргууд нь гадаргуутай параллель байх ёстой бөгөөд энэ нь 900-1000 ° С хүхрийн температурт хүрдэг. Үүссэн хальс нь 1.3 нм буюу хоёр молекул давхаргатай адил нимгэн бөгөөд арилжааны ач холбогдолтой (өөрөөр хэлбэл хангалттай том) талбайтай.

Тохиромжтой нөхцөлд нийлэгжүүлсэн MoS2 хальсыг металл-диэлектрик-хагас дамжуулагчийн прототипийн бүтцэд нэвтрүүлсэн бөгөөд тэдгээр нь төмөр цахилгаан гафниум исэлд суурилсан, хээрийн нөлөө бүхий транзисторын загвар юм. Эдгээр бүтэц дэх MoS2 хальс нь хагас дамжуулагч сувгийн үүрэг гүйцэтгэсэн. Төмрийн цахилгаан давхаргын туйлшралын чиглэлийг өөрчлөх замаар түүний дамжуулалтыг хянадаг. MoS2-тэй харьцах үед өмнө нь MIPT лабораторид боловсруулсан La:(HfO2-ZrO2) материал нь нэг см квадрат тутамд ойролцоогоор 18 микрокуломын үлдэгдэл туйлшралтай болохыг тогтоожээ. 5 сая циклийн сэлгэн залгах чадвараараа цахиурын сувгийн хувьд өмнөх 100,000 циклийн дэлхийн дээд амжилтыг тэргүүлсэн.