โมลิบดีนัมไตรออกไซด์ (MoO3) มีศักยภาพเป็นวัสดุสองมิติ (2-D) ที่สำคัญ แต่การผลิตจำนวนมากกลับล้าหลังกว่าวัสดุอื่นๆ ในระดับเดียวกัน ขณะนี้ นักวิจัยที่ A*STAR ได้พัฒนาวิธีการง่ายๆ สำหรับการผลิตนาโนชีต MoO3 คุณภาพสูงแบบบางพิเศษจำนวนมาก

หลังจากการค้นพบกราฟีน วัสดุ 2 มิติอื่นๆ เช่น ได-ชาลโคเจนไนด์ของโลหะทรานซิชัน เริ่มดึงดูดความสนใจเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง MoO3 กลายเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบ 2 มิติที่สำคัญ เนื่องจากมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และทางแสงที่โดดเด่นซึ่งถือเป็นคำมั่นสัญญาสำหรับการใช้งานใหม่ๆ ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และอิเล็กโทรโครมิกส์

Liu Hongfei และเพื่อนร่วมงานจากสถาบันวิจัยและวิศวกรรมวัสดุ A*STAR และสถาบันคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงได้พยายามพัฒนาเทคนิคง่ายๆ สำหรับการผลิตแผ่นนาโน MoO3 ขนาดใหญ่และมีคุณภาพสูงซึ่งมีความยืดหยุ่นและโปร่งใส

"นาโนชีตโมลิบดีนัมไตรออกไซด์ที่มีขนาดบางอะตอมมีคุณสมบัติใหม่ที่สามารถนำไปใช้ในการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ได้หลากหลาย" Liu กล่าว “แต่เพื่อที่จะผลิตนาโนชีตคุณภาพดี คริสตัลต้นกำเนิดจะต้องมีความบริสุทธิ์สูงมาก”

นักวิจัยได้ใช้เทคนิคที่เรียกว่าการขนส่งไอความร้อนเป็นครั้งแรก โดยระเหยผง MoO3 ในเตาหลอมแบบท่อที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส จากนั้น ด้วยการลดจำนวนตำแหน่งนิวเคลียส จึงสามารถจับคู่การตกผลึกทางอุณหพลศาสตร์ของ MoO3 ได้ดีขึ้น เพื่อผลิตผลึกคุณภาพสูงที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารตั้งต้นเฉพาะ

“โดยทั่วไป การเจริญเติบโตของผลึกที่อุณหภูมิสูงจะได้รับผลกระทบจากสารตั้งต้น” Liu อธิบาย “อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ไม่มีสารตั้งต้นโดยเจตนา เราก็สามารถควบคุมการเติบโตของผลึกได้ดีขึ้น ทำให้เราสามารถสร้างผลึกโมลิบดีนัมไตรออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์และคุณภาพสูงได้”

หลังจากทำให้คริสตัลเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง นักวิจัยได้ใช้การขัดผิวด้วยกลไกและน้ำเพื่อผลิตสายพานที่มีความหนาต่ำกว่าไมครอนของคริสตัล MoO3 เมื่อพวกเขาให้สายพานผ่านคลื่นเสียงความถี่สูงและการปั่นแยก พวกเขาสามารถผลิตนาโนชีต MoO3 ขนาดใหญ่และมีคุณภาพสูงได้

งานนี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับการโต้ตอบทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างชั้นของนาโนชีต 2-D MoO3 เทคนิคการเติบโตของคริสตัลและการขัดผิวที่พัฒนาโดยทีมงานอาจเป็นประโยชน์ในการจัดการช่องว่างของแถบความถี่และคุณสมบัติทางออปโตอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ 2 มิติโดยการสร้างจุดเชื่อมต่อเฮเทอโรอิเล็กทรอนิก 2 มิติ

“ขณะนี้เรากำลังพยายามสร้างนาโนชีต MoO3 แบบ 2 มิติที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่ขึ้น รวมถึงสำรวจศักยภาพการใช้งานของมันในอุปกรณ์อื่นๆ เช่น เซ็นเซอร์ก๊าซ” Liu กล่าว