मॉस्को इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्स अँड टेक्नॉलॉजीच्या संशोधकांनी मॉलिब्डेनम डायसल्फाईडच्या अनेक दहा सेंटीमीटर चौरसापर्यंतच्या अणुदृष्ट्या पातळ फिल्म्स वाढवण्यास व्यवस्थापित केले आहे. हे सिद्ध झाले की संश्लेषण तापमान बदलून सामग्रीची रचना सुधारली जाऊ शकते. इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससाठी महत्त्वाचे असलेले चित्रपट 900-1,000° सेल्सिअस तापमानात मिळाले. एसीएस अप्लाइड नॅनो मटेरियल्स या जर्नलमध्ये हे निष्कर्ष प्रकाशित झाले आहेत.

द्विमितीय सामग्री त्यांच्या संरचनेमुळे आणि क्वांटम यांत्रिक निर्बंधांमुळे उद्भवलेल्या त्यांच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे लक्षणीय रस घेत आहेत. 2-डी सामग्रीच्या कुटुंबात धातू, सेमीमेटल, सेमीकंडक्टर आणि इन्सुलेटर यांचा समावेश होतो. ग्राफीन, जी कदाचित सर्वात प्रसिद्ध 2-डी सामग्री आहे, कार्बन अणूंचा एक मोनोलेयर आहे. त्यात आजपर्यंतची सर्वाधिक चार्ज-कॅरिअर मोबिलिटी रेकॉर्ड केलेली आहे. तथापि, ग्राफीनमध्ये मानक परिस्थितीत कोणतेही बँड अंतर नाही आणि ते त्याचे अनुप्रयोग मर्यादित करते.

ग्राफीनच्या विपरीत, मॉलिब्डेनम डायसल्फाइड (MoS2) मधील बँडगॅपची इष्टतम रुंदी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य बनवते. प्रत्येक MoS2 लेयरमध्ये सँडविच रचना असते, ज्यामध्ये सल्फर अणूंच्या दोन थरांमध्ये मॉलिब्डेनमचा एक थर पिळलेला असतो. द्विमितीय व्हॅन डर वॉल्स हेटरोस्ट्रक्चर्स, जे विविध 2-डी सामग्री एकत्र करतात, ते उत्तम आश्वासन देखील दर्शवतात. खरं तर, ते आधीच ऊर्जा-संबंधित अनुप्रयोग आणि उत्प्रेरकांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. 2-डी मॉलिब्डेनम डायसल्फाइडचे वेफर-स्केल (मोठे-क्षेत्र) संश्लेषण पारदर्शक आणि लवचिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये, पुढच्या पिढीच्या संगणकांसाठी ऑप्टिकल कम्युनिकेशन, तसेच इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या इतर क्षेत्रातील प्रगतीची संभाव्यता दर्शवते.

“MoS2 चे संश्लेषण करण्यासाठी आम्ही जी पद्धत शोधली त्यात दोन पायऱ्यांचा समावेश आहे. प्रथम, MoO3 ची फिल्म अणू स्तर जमा करण्याच्या तंत्राचा वापर करून उगवली जाते, जी अचूक अणू थर जाडी देते आणि सर्व पृष्ठभागांना कॉन्फॉर्मल लेप देते. आणि MoO3 300 मिलीमीटर व्यासापर्यंतच्या वेफर्सवर सहज मिळवता येतो. पुढे, चित्रपटाला सल्फर वाफेमध्ये उष्णता-उपचार केले जाते. परिणामी, MoO3 मधील ऑक्सिजन अणू सल्फर अणूंनी बदलले जातात आणि MoS2 तयार होतो. आम्ही आधीच अनेक दहा चौरस सेंटीमीटर क्षेत्रफळावर अणुदृष्ट्या पातळ MoS2 फिल्म्स वाढवायला शिकलो आहोत,” एमआयपीटीच्या अणु लेयर डिपॉझिशन लॅबचे प्रमुख आंद्रे मार्कीव्ह स्पष्ट करतात.

संशोधकांनी ठरवले की चित्रपटाची रचना सल्फरीकरण तापमानावर अवलंबून असते. 500°С वर गंधक बनवलेल्या चित्रपटांमध्ये स्फटिकासारखे धान्य असतात, प्रत्येकी काही नॅनोमीटर, एका आकारहीन मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड केलेले असतात. 700°С वर, हे स्फटिक सुमारे 10-20 nm ओलांडून असतात आणि S-Mo-S स्तर पृष्ठभागावर लंब असतात. परिणामी, पृष्ठभागावर असंख्य लटकणारे बंध आहेत. अशी रचना हायड्रोजन उत्क्रांती प्रतिक्रियेसह अनेक प्रतिक्रियांमध्ये उच्च उत्प्रेरक क्रियाकलाप दर्शवते. इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये MoS2 वापरण्यासाठी, S-Mo-S स्तर पृष्ठभागाच्या समांतर असणे आवश्यक आहे, जे 900-1,000 °С च्या गंधक तापमानात प्राप्त केले जाते. परिणामी चित्रपट 1.3 nm किंवा दोन आण्विक स्तरांइतके पातळ असतात आणि त्यांचे क्षेत्रफळ व्यावसायिकदृष्ट्या महत्त्वपूर्ण (म्हणजे पुरेसे मोठे) असते.

इष्टतम परिस्थितीत संश्लेषित MoS2 फिल्म्स मेटल-डायलेक्ट्रिक-सेमिकंडक्टर प्रोटोटाइप स्ट्रक्चर्समध्ये सादर केल्या गेल्या, जे फेरोइलेक्ट्रिक हॅफनियम ऑक्साईडवर आधारित आहेत आणि फील्ड-इफेक्ट ट्रान्झिस्टरचे मॉडेल करतात. या संरचनांमधील MoS2 फिल्म सेमीकंडक्टर चॅनेल म्हणून काम करते. फेरोइलेक्ट्रिक लेयरच्या ध्रुवीकरणाची दिशा बदलून त्याची चालकता नियंत्रित केली गेली. MoS2 च्या संपर्कात असताना, La:(HfO2-ZrO2) मटेरियल, जे आधी MIPT लॅबमध्ये विकसित केले गेले होते, त्याचे अवशिष्ट ध्रुवीकरण प्रति चौरस सेंटीमीटर अंदाजे 18 मायक्रोकॉलॉम्ब्स असल्याचे आढळून आले. 5 दशलक्ष सायकल्सच्या स्विचिंग सहनशक्तीसह, सिलिकॉन चॅनेलसाठी 100,000 सायकल्सच्या मागील जागतिक विक्रमात ते आघाडीवर आहे.