మాస్కో ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫిజిక్స్ అండ్ టెక్నాలజీకి చెందిన పరిశోధకులు మాలిబ్డినం డైసల్ఫైడ్ యొక్క పరమాణు సన్నని చలనచిత్రాలను అనేక పదుల సెంటీమీటర్ల చదరపు వరకు విస్తరించగలిగారు. సంశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రతను మార్చడం ద్వారా పదార్థం యొక్క నిర్మాణాన్ని సవరించవచ్చని నిరూపించబడింది. ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్‌కు ముఖ్యమైన ఫిల్మ్‌లు 900-1,000 ° సెల్సియస్ వద్ద పొందబడ్డాయి. పరిశోధనలు ఏసీఎస్ అప్లైడ్ నానో మెటీరియల్స్ జర్నల్‌లో ప్రచురించబడ్డాయి.

రెండు-డైమెన్షనల్ పదార్థాలు వాటి నిర్మాణం మరియు క్వాంటం మెకానికల్ పరిమితుల నుండి ఉత్పన్నమయ్యే వాటి ప్రత్యేక లక్షణాల కారణంగా గణనీయమైన ఆసక్తిని ఆకర్షిస్తున్నాయి. 2-D పదార్థాల కుటుంబంలో లోహాలు, సెమీమెటల్స్, సెమీకండక్టర్లు మరియు ఇన్సులేటర్లు ఉంటాయి. గ్రాఫేన్, బహుశా అత్యంత ప్రసిద్ధ 2-D పదార్థం, ఇది కార్బన్ పరమాణువుల మోనోలేయర్. ఇది ఇప్పటి వరకు నమోదు చేయబడిన అత్యధిక ఛార్జ్-క్యారియర్ మొబిలిటీని కలిగి ఉంది. అయినప్పటికీ, గ్రాఫేన్‌కు ప్రామాణిక పరిస్థితుల్లో బ్యాండ్ గ్యాప్ ఉండదు మరియు అది దాని అప్లికేషన్‌లను పరిమితం చేస్తుంది.

గ్రాఫేన్ వలె కాకుండా, మాలిబ్డినం డైసల్ఫైడ్ (MoS2)లో బ్యాండ్‌గ్యాప్ యొక్క సరైన వెడల్పు ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో ఉపయోగించడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది. ప్రతి MoS2 పొర శాండ్‌విచ్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది, సల్ఫర్ అణువుల యొక్క రెండు పొరల మధ్య మాలిబ్డినం పొరను పిండుతుంది. విభిన్న 2-D మెటీరియల్‌లను మిళితం చేసే టూ-డైమెన్షనల్ వాన్ డెర్ వాల్స్ హెటెరోస్ట్రక్చర్‌లు గొప్ప వాగ్దానాన్ని కూడా చూపుతాయి. వాస్తవానికి, అవి ఇప్పటికే శక్తి సంబంధిత అప్లికేషన్లు మరియు ఉత్ప్రేరకాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. 2-D మాలిబ్డినం డైసల్ఫైడ్ యొక్క వేఫర్-స్కేల్ (పెద్ద-విస్తీర్ణం) సంశ్లేషణ పారదర్శక మరియు సౌకర్యవంతమైన ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల సృష్టి, తదుపరి తరం కంప్యూటర్ల కోసం ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్, అలాగే ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ యొక్క ఇతర రంగాలలో పురోగతి పురోగతికి సంభావ్యతను చూపుతుంది.

“MoS2ని సంశ్లేషణ చేయడానికి మేము కనుగొన్న పద్ధతి రెండు దశలను కలిగి ఉంటుంది. మొదట, MoO3 యొక్క ఫిల్మ్ అటామిక్ లేయర్ డిపాజిషన్ టెక్నిక్‌ని ఉపయోగించి పెంచబడుతుంది, ఇది ఖచ్చితమైన పరమాణు పొర మందాన్ని అందిస్తుంది మరియు అన్ని ఉపరితలాల యొక్క కన్ఫార్మల్ పూతను అనుమతిస్తుంది. మరియు MoO3 300 మిల్లీమీటర్ల వరకు వ్యాసం కలిగిన పొరలపై సులభంగా పొందవచ్చు. తరువాత, చిత్రం సల్ఫర్ ఆవిరిలో వేడి-చికిత్స చేయబడుతుంది. ఫలితంగా, MoO3లోని ఆక్సిజన్ పరమాణువులు సల్ఫర్ అణువులచే భర్తీ చేయబడతాయి మరియు MoS2 ఏర్పడుతుంది. మేము ఇప్పటికే అనేక పదుల చదరపు సెంటీమీటర్ల విస్తీర్ణంలో పరమాణుపరంగా సన్నని MoS2 ఫిల్మ్‌లను పెంచడం నేర్చుకున్నాము" అని MIPT యొక్క అటామిక్ లేయర్ డిపాజిషన్ ల్యాబ్ అధిపతి ఆండ్రీ మార్కీవ్ వివరించారు.

చిత్రం యొక్క నిర్మాణం సల్ఫరైజేషన్ ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుందని పరిశోధకులు నిర్ధారించారు. 500 ° C వద్ద సల్ఫరైజ్ చేయబడిన చలనచిత్రాలు స్ఫటికాకార ధాన్యాలను కలిగి ఉంటాయి, ఒక్కొక్కటి కొన్ని నానోమీటర్లు, నిరాకార మాతృకలో పొందుపరచబడ్డాయి. 700°С వద్ద, ఈ స్ఫటికాలు 10-20 nm అంతటా ఉంటాయి మరియు S-Mo-S పొరలు ఉపరితలంపై లంబంగా ఉంటాయి. ఫలితంగా, ఉపరితలం అనేక డాంగ్లింగ్ బంధాలను కలిగి ఉంటుంది. ఇటువంటి నిర్మాణం హైడ్రోజన్ పరిణామ ప్రతిచర్యతో సహా అనేక ప్రతిచర్యలలో అధిక ఉత్ప్రేరక చర్యను ప్రదర్శిస్తుంది. MoS2ను ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో ఉపయోగించాలంటే, S-Mo-S పొరలు ఉపరితలంతో సమాంతరంగా ఉండాలి, ఇది 900-1,000 ° C సల్ఫరైజేషన్ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సాధించబడుతుంది. ఫలిత చలనచిత్రాలు 1.3 nm లేదా రెండు పరమాణు పొరల వలె సన్నగా ఉంటాయి మరియు వాణిజ్యపరంగా ముఖ్యమైన (అంటే తగినంత పెద్దవి) ప్రాంతాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

సరైన పరిస్థితులలో సంశ్లేషణ చేయబడిన MoS2 ఫిల్మ్‌లు మెటల్-డైలెక్ట్రిక్-సెమీకండక్టర్ ప్రోటోటైప్ స్ట్రక్చర్‌లలోకి ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి, ఇవి ఫెర్రోఎలెక్ట్రిక్ హాఫ్నియం ఆక్సైడ్‌పై ఆధారపడి ఉంటాయి మరియు ఫీల్డ్-ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్‌ను మోడల్ చేస్తాయి. ఈ నిర్మాణాలలో MoS2 ఫిల్మ్ సెమీకండక్టర్ ఛానెల్‌గా పనిచేసింది. ఫెర్రోఎలెక్ట్రిక్ పొర యొక్క ధ్రువణ దిశను మార్చడం ద్వారా దాని వాహకత నియంత్రించబడుతుంది. MoS2తో సంపర్కంలో ఉన్నప్పుడు, MIPT ల్యాబ్‌లో ఇంతకుముందు అభివృద్ధి చేయబడిన La:(HfO2-ZrO2) పదార్థం, ప్రతి చదరపు సెంటీమీటర్‌కు దాదాపు 18 మైక్రోకూలంబ్‌ల అవశేష ధ్రువణాన్ని కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. 5 మిలియన్ సైకిళ్ల స్విచ్చింగ్ ఎండ్యూరెన్స్‌తో, ఇది సిలికాన్ ఛానెల్‌ల కోసం మునుపటి ప్రపంచ రికార్డు 100,000 సైకిళ్లను అధిగమించింది.