Истраживачи са Московског института за физику и технологију успели су да узгајају атомски танке филмове молибден дисулфида величине до неколико десетина квадратних центиметара. Показано је да се структура материјала може модификовати променом температуре синтезе. Филмови, који су важни за електронику и оптоелектронику, добијени су на 900-1.000° Целзијуса. Налази су објављени у часопису АЦС Апплиед Нано Материалс.

Дводимензионални материјали привлаче велико интересовање због својих јединствених својстава која произилазе из њихове структуре и квантних механичких ограничења. Породица 2-Д материјала укључује метале, полуметале, полупроводнике и изолаторе. Графен, који је можда најпознатији 2-Д материјал, је монослој атома угљеника. Има највећу покретљивост носиоца пуњења забележену до сада. Међутим, графен нема размак у појасу у стандардним условима, и то ограничава његову примену.

За разлику од графена, оптимална ширина појасног размака у молибден дисулфиду (МоС2) чини га погодним за употребу у електронским уређајима. Сваки слој МоС2 има сендвич структуру, са слојем молибдена стиснутог између два слоја атома сумпора. Дводимензионалне ван дер Валсове хетероструктуре, које комбинују различите 2-Д материјале, такође показују велико обећање. У ствари, они се већ широко користе у енергетским апликацијама и катализи. Синтеза 2-Д молибден дисулфида на ваферској (велике површине) показује потенцијал за револуционарни напредак у стварању транспарентних и флексибилних електронских уређаја, оптичкој комуникацији за рачунаре следеће генерације, као и у другим областима електронике и оптоелектронике.

„Метод који смо смислили да синтетишемо МоС2 укључује два корака. Прво, филм МоО3 се узгаја техником наношења атомског слоја, која нуди прецизну дебљину атомског слоја и омогућава конформно премазивање свих површина. А МоО3 се лако може добити на плочицама пречника до 300 милиметара. Затим се филм термички обрађује у сумпорној пари. Као резултат тога, атоми кисеоника у МоО3 су замењени атомима сумпора и настаје МоС2. Већ смо научили да узгајамо атомски танке МоС2 филмове на површини до неколико десетина квадратних центиметара“, објашњава Андреи Маркеев, шеф Лабораторије за одлагање атомског слоја при МИПТ-у.

Истраживачи су утврдили да структура филма зависи од температуре сумпоризације. Филмови сумпорисани на 500°Ц садрже кристална зрна, по неколико нанометара, уграђена у аморфну ​​матрицу. На 700°Ц, ови кристалити су око 10-20 нм у пречнику, а С-Мо-С слојеви су оријентисани окомито на површину. Као резултат тога, површина има бројне висеће везе. Таква структура показује високу каталитичку активност у многим реакцијама, укључујући реакцију еволуције водоника. Да би се МоС2 користио у електроници, слојеви С-Мо-С морају бити паралелни са површином, што се постиже при температурама сумпоровања од 900-1.000°С. Добијени филмови су танки од 1,3 нм, или два молекуларна слоја, и имају комерцијално значајну (тј. довољно велику) површину.

МоС2 филмови синтетисани под оптималним условима уведени су у прототипне структуре метал-диелектрик-полупроводник, које су засноване на фероелектричном хафнијум оксиду и моделирају транзистор са ефектом поља. МоС2 филм у овим структурама служио је као полупроводнички канал. Његова проводљивост је контролисана пребацивањем смера поларизације фероелектричног слоја. Када је у контакту са МоС2, откривено је да материјал Ла:(ХфО2-ЗрО2), који је раније развијен у лабораторији МИПТ, има заосталу поларизацију од приближно 18 микрокулона по квадратном центиметру. Са издржљивошћу пребацивања од 5 милиона циклуса, надмашио је претходни светски рекорд од 100.000 циклуса за силиконске канале.