मस्को इन्स्टिच्युट अफ फिजिक्स एण्ड टेक्नोलोजीका अन्वेषकहरूले धेरै दशौं सेन्टिमिटर वर्गसम्म फैलिएको मोलिब्डेनम डाइसल्फाइडको आणविक रूपमा पातलो फिल्महरू बढाउन सफल भएका छन्। यो प्रदर्शन गरिएको थियो कि सामग्रीको संरचना संश्लेषण तापमान फरक गरेर परिमार्जन गर्न सकिन्छ। इलेक्ट्रोनिक्स र अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सका लागि महत्त्वपूर्ण फिल्महरू 900-1,000 डिग्री सेल्सियसमा प्राप्त भएका थिए। निष्कर्ष ACS Applied Nano Materials जर्नलमा प्रकाशित भएको थियो।

दुई-आयामी सामग्रीहरू तिनीहरूको संरचना र क्वान्टम मेकानिकल प्रतिबन्धहरूबाट उत्पन्न तिनीहरूको अद्वितीय गुणहरूको कारणले पर्याप्त चासो आकर्षित गर्दैछ। २-डी सामग्रीको परिवारमा धातु, सेमीमेटल, अर्धचालक र इन्सुलेटरहरू समावेश छन्। ग्राफिन, जुन सायद सबैभन्दा प्रसिद्ध 2-डी सामग्री हो, कार्बन परमाणुहरूको एक मोनोलेयर हो। यसमा अहिलेसम्म रेकर्ड गरिएको उच्च चार्ज क्यारियर गतिशीलता छ। यद्यपि, ग्राफिनसँग मानक अवस्थाहरूमा कुनै ब्यान्ड ग्याप छैन, र यसले यसको अनुप्रयोगहरू सीमित गर्दछ।

ग्राफिनको विपरीत, मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड (MoS2) मा ब्यान्डग्यापको इष्टतम चौडाइले यसलाई इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा प्रयोगको लागि उपयुक्त बनाउँछ। प्रत्येक MoS2 तहको स्यान्डविच संरचना हुन्छ, जसमा सल्फर परमाणुहरूको दुई तहहरू बीच मोलिब्डेनमको तह निचोडिएको हुन्छ। दुई-आयामी भ्यान डर वाल्स हेटेरोस्ट्रक्चरहरू, जसले विभिन्न 2-डी सामग्रीहरू संयोजन गर्दछ, उत्कृष्ट प्रतिज्ञा पनि देखाउँदछ। वास्तवमा, तिनीहरू पहिले नै ऊर्जा-सम्बन्धित अनुप्रयोगहरू र उत्प्रेरकहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग भइरहेका छन्। 2-डी मोलिब्डेनम डाइसल्फाइडको वेफर-स्केल (ठूलो-क्षेत्र) संश्लेषणले पारदर्शी र लचिलो इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू, अर्को पुस्ताको कम्प्युटरहरूको लागि अप्टिकल सञ्चार, साथै इलेक्ट्रोनिक्स र अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सका अन्य क्षेत्रहरूमा सफलताको प्रगतिको सम्भावना देखाउँदछ।

"हामीले MoS2 को संश्लेषण गर्नको लागि ल्याएको विधिमा दुई चरणहरू समावेश छन्। पहिलो, MoO3 को एक फिल्म परमाणु तह डिपोजिसन प्रविधि प्रयोग गरी बढाइएको छ, जसले सटीक परमाणु तह मोटाई प्रदान गर्दछ र सबै सतहहरूको कन्फर्मल कोटिंगलाई अनुमति दिन्छ। र MoO3 सजिलैसँग 300 मिलिमिटर व्यास सम्मको वेफरहरूमा प्राप्त गर्न सकिन्छ। अर्को, फिल्म सल्फर भाप मा गर्मी उपचार गरिन्छ। नतिजाको रूपमा, MoO3 मा अक्सिजन परमाणुहरू सल्फर परमाणुहरूद्वारा प्रतिस्थापित हुन्छन्, र MoS2 बनाइन्छ। हामीले पहिले नै धेरै दशौं वर्ग सेन्टिमिटरसम्मको क्षेत्रमा परमाणु रूपमा पातलो MoS2 फिलिमहरू बढाउन सिकेका छौं," MIPT को परमाणु तह डिपोजिसन ल्याबका प्रमुख एन्ड्रे मार्कीभ बताउँछन्।

शोधकर्ताहरूले निर्धारण गरे कि फिल्मको संरचना सल्फराइजेशन तापमानमा निर्भर गर्दछ। 500°C मा सल्फराइज गरिएको फिल्महरूमा क्रिस्टलीय दानाहरू हुन्छन्, प्रत्येक केही न्यानोमिटरहरू, एक अनाकार म्याट्रिक्समा सम्मिलित हुन्छन्। 700°C मा, यी क्रिस्टलाइटहरू लगभग 10-20 nm पार हुन्छन् र S-Mo-S तहहरू सतहमा लम्बवत उन्मुख हुन्छन्। नतिजाको रूपमा, सतहमा धेरै डङ्गलिंग बन्धनहरू छन्। यस्तो संरचनाले हाइड्रोजन इभोलुसन प्रतिक्रिया सहित धेरै प्रतिक्रियाहरूमा उच्च उत्प्रेरक गतिविधि देखाउँछ। इलेक्ट्रोनिक्समा प्रयोग गर्नको लागि MoS2 को लागि, S-Mo-S तहहरू सतहसँग समानान्तर हुनुपर्छ, जुन 900-1,000 °C को सल्फराइजेशन तापक्रममा प्राप्त हुन्छ। परिणामस्वरूप फिल्महरू 1.3 एनएम, वा दुई आणविक तहहरू जत्तिकै पातलो हुन्छन्, र व्यावसायिक रूपमा महत्त्वपूर्ण (अर्थात, पर्याप्त ठूलो) क्षेत्र हुन्छ।

इष्टतम परिस्थितिहरूमा संश्लेषित MoS2 फिल्महरू धातु-डाइलेक्ट्रिक-सेमिकन्डक्टर प्रोटोटाइप संरचनाहरूमा प्रस्तुत गरियो, जुन फेरोइलेक्ट्रिक हाफनियम अक्साइडमा आधारित छ र फिल्ड-इफेक्ट ट्रान्जिस्टरको मोडेल बनाइएको छ। यी संरचनाहरूमा MoS2 फिल्मले अर्धचालक च्यानलको रूपमा सेवा गर्‍यो। यसको चालकता फेरोइलेक्ट्रिक तहको ध्रुवीकरण दिशा स्विच गरेर नियन्त्रण गरिएको थियो। MoS2 को सम्पर्कमा हुँदा, La:(HfO2-ZrO2) सामग्री, जुन पहिले MIPT प्रयोगशालामा विकसित गरिएको थियो, प्रति वर्ग सेन्टिमिटरमा लगभग 18 माइक्रोकोलोम्ब्सको अवशिष्ट ध्रुवीकरण भएको पाइयो। 5 मिलियन चक्रहरूको स्विचिङ सहनशीलताको साथ, यसले सिलिकन च्यानलहरूको लागि 100,000 चक्रहरूको अघिल्लो विश्व रेकर्डलाई शीर्ष स्थानमा राख्यो।