Studiuesit nga Instituti i Fizikës dhe Teknologjisë në Moskë kanë arritur të rritin filma atomikisht të hollë të disulfidit të molibdenit që shtrihen deri në disa dhjetëra centimetra katrorë. U demonstrua se struktura e materialit mund të modifikohet duke ndryshuar temperaturën e sintezës. Filmat, të cilët janë të rëndësishëm për elektronikën dhe optoelektronikën, u morën në 900-1000 ° Celsius. Gjetjet u botuan në revistën ACS Applied Nano Materials.

Materialet dydimensionale po tërheqin interes të konsiderueshëm për shkak të vetive të tyre unike që rrjedhin nga struktura e tyre dhe kufizimet mekanike kuantike. Familja e materialeve 2-D përfshin metalet, gjysmëmetalet, gjysmëpërçuesit dhe izolatorët. Grafeni, i cili është ndoshta materiali më i famshëm 2-D, është një shtresë e vetme e atomeve të karbonit. Ajo ka lëvizshmërinë më të lartë të transportuesit të karikimit të regjistruar deri më sot. Sidoqoftë, grafeni nuk ka hendek brezi në kushte standarde, dhe kjo kufizon aplikimet e tij.

Ndryshe nga grafeni, gjerësia optimale e hapësirës së brezit në disulfidin e molibdenit (MoS2) e bën atë të përshtatshëm për përdorim në pajisjet elektronike. Çdo shtresë MoS2 ka një strukturë sanduiç, me një shtresë molibdeni të shtrydhur midis dy shtresave të atomeve të squfurit. Heterstrukturat dy-dimensionale van der Waals, të cilat kombinojnë materiale të ndryshme 2-D, gjithashtu tregojnë premtime të mëdha. Në fakt, ato tashmë janë përdorur gjerësisht në aplikime dhe kataliza të lidhura me energjinë. Sinteza e disulfidit të molibdenit 2-D në shkallë vaferi (me sipërfaqe të madhe) tregon potencialin për përparime të mëdha në krijimin e pajisjeve elektronike transparente dhe fleksibël, komunikimin optik për kompjuterët e gjeneratës së ardhshme, si dhe në fusha të tjera të elektronikës dhe optoelektronikës.

"Metoda që ne kemi gjetur për të sintetizuar MoS2 përfshin dy hapa. Së pari, një film i MoO3 rritet duke përdorur teknikën e depozitimit të shtresës atomike, e cila ofron trashësi të saktë të shtresës atomike dhe lejon veshjen konformale të të gjitha sipërfaqeve. Dhe MoO3 mund të merret lehtësisht në vafera deri në 300 milimetra në diametër. Më pas, filmi trajtohet me nxehtësi në avull squfuri. Si rezultat, atomet e oksigjenit në MoO3 zëvendësohen nga atomet e squfurit dhe formohet MoS2. Ne kemi mësuar tashmë të rritim filma të hollë atomikisht MoS2 në një sipërfaqe deri në disa dhjetëra centimetra katrorë,” shpjegon Andrey Markeev, kreu i Laboratorit të Depozitimit të Shtresave Atomike të MIPT-së.

Studiuesit përcaktuan se struktura e filmit varet nga temperatura e sulfurit. Filmat e sulfuruar në 500°С përmbajnë kokrriza kristalore, nga disa nanometra secila, të ngulitura në një matricë amorfe. Në 700°С, këto kristalite janë rreth 10-20 nm dhe shtresat S-Mo-S janë të orientuara pingul me sipërfaqen. Si rezultat, sipërfaqja ka lidhje të shumta të varura. Një strukturë e tillë demonstron aktivitet të lartë katalitik në shumë reaksione, duke përfshirë reaksionin e evolucionit të hidrogjenit. Që MoS2 të përdoret në elektronikë, shtresat S-Mo-S duhet të jenë paralele me sipërfaqen, gjë që arrihet në temperatura sulfurimi 900-1000°С. Filmat që rezultojnë janë aq të hollë sa 1.3 nm, ose dy shtresa molekulare dhe kanë një zonë komerciale të rëndësishme (dmth., mjaft të madhe).

Filmat MoS2 të sintetizuara në kushte optimale u futën në strukturat prototip metal-dielektrik-gjysmëpërçues, të cilat bazohen në oksidin ferroelektrik të hafniumit dhe modelojnë një transistor me efekt në terren. Filmi MoS2 në këto struktura shërbeu si kanal gjysmëpërçues. Përçueshmëria e tij kontrollohej duke ndërruar drejtimin e polarizimit të shtresës ferroelektrike. Kur ishte në kontakt me MoS2, materiali La: (HfO2-ZrO2), i cili u zhvillua më herët në laboratorin MIPT, u zbulua se kishte një polarizim të mbetur prej afërsisht 18 mikrokulomb për centimetër katror. Me një qëndrueshmëri ndërrimi prej 5 milionë ciklesh, ai kryesoi rekordin e mëparshëm botëror prej 100,000 ciklesh për kanalet e silikonit.