Nagawa ng mga mananaliksik mula sa Moscow Institute of Physics and Technology na palaguin ang atomically thin films ng molybdenum disulfide na umaabot hanggang ilang sampu-sampung sentimetro square. Ipinakita na ang istraktura ng materyal ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng temperatura ng synthesis. Ang mga pelikula, na mahalaga sa electronics at optoelectronics, ay nakuha sa 900-1,000° Celsius. Ang mga natuklasan ay nai-publish sa journal ACS Applied Nano Materials.

Ang mga two-dimensional na materyales ay nakakaakit ng malaking interes dahil sa kanilang mga natatanging katangian na nagmumula sa kanilang istraktura at mga paghihigpit sa quantum mechanical. Kasama sa pamilya ng mga 2-D na materyales ang mga metal, semimetal, semiconductors, at insulator. Ang Graphene, na marahil ang pinakatanyag na 2-D na materyal, ay isang monolayer ng mga carbon atom. Ito ang may pinakamataas na charge-carrier mobility na naitala hanggang sa kasalukuyan. Gayunpaman, ang graphene ay walang band gap sa ilalim ng mga karaniwang kundisyon, at nililimitahan nito ang mga aplikasyon nito.

Hindi tulad ng graphene, ang pinakamainam na lapad ng bandgap sa molybdenum disulfide (MoS2) ay ginagawa itong angkop para sa paggamit sa mga elektronikong aparato. Ang bawat layer ng MoS2 ay may istraktura ng sandwich, na may isang layer ng molybdenum na pinipiga sa pagitan ng dalawang layer ng sulfur atoms. Ang dalawang-dimensional na van der Waals heterostructure, na pinagsasama ang iba't ibang 2-D na materyales, ay nagpapakita rin ng magandang pangako. Sa katunayan, ang mga ito ay malawakang ginagamit sa mga application na nauugnay sa enerhiya at catalysis. Ang wafer-scale (large-area) synthesis ng 2-D molybdenum disulfide ay nagpapakita ng potensyal para sa mga pagsulong ng pambihirang tagumpay sa paglikha ng mga transparent at flexible na electronic device, optical na komunikasyon para sa susunod na henerasyong mga computer, gayundin sa iba pang larangan ng electronics at optoelectronics.

"Ang pamamaraan na aming naisip upang i-synthesize ang MoS2 ay nagsasangkot ng dalawang hakbang. Una, ang isang pelikula ng MoO3 ay lumago gamit ang atomic layer deposition technique, na nag-aalok ng tumpak na atomic layer na kapal at nagbibigay-daan sa conformal coating ng lahat ng surface. At ang MoO3 ay madaling makuha sa mga wafer na hanggang 300 milimetro ang lapad. Susunod, ang pelikula ay pinainit sa singaw ng asupre. Bilang resulta, ang mga atomo ng oxygen sa MoO3 ay pinalitan ng mga atomo ng asupre, at nabuo ang MoS2. Natutunan na namin na palaguin ang atomically thin MoS2 films sa isang lugar na hanggang ilang sampu-sampung square centimeters,” paliwanag ni Andrey Markeev, ang pinuno ng Atomic Layer Deposition Lab ng MIPT.

Natukoy ng mga mananaliksik na ang istraktura ng pelikula ay nakasalalay sa temperatura ng sulfurization. Ang mga pelikulang sulfurized sa 500 ° С ay naglalaman ng mga mala-kristal na butil, ilang nanometer bawat isa, na naka-embed sa isang amorphous matrix. Sa 700°C, ang mga crystallite na ito ay humigit-kumulang 10-20 nm sa kabuuan at ang mga layer ng S-Mo-S ay naka-orient nang patayo sa ibabaw. Bilang resulta, ang ibabaw ay may maraming nakabitin na mga bono. Ang ganitong istraktura ay nagpapakita ng mataas na catalytic na aktibidad sa maraming mga reaksyon, kabilang ang reaksyon ng hydrogen evolution. Para magamit ang MoS2 sa electronics, ang mga layer ng S-Mo-S ay kailangang parallel sa ibabaw, na nakakamit sa mga temperatura ng sulfurization na 900-1,000°C. Ang mga resultang pelikula ay kasing manipis ng 1.3 nm, o dalawang molecular layers, at may isang komersyal na makabuluhang lugar (ibig sabihin, sapat na malaki).

Ang mga pelikulang MoS2 na na-synthesize sa ilalim ng pinakamainam na mga kondisyon ay ipinakilala sa mga istrukturang prototype ng metal-dielectric-semiconductor, na batay sa ferroelectric hafnium oxide at nagmomodelo ng isang field-effect transistor. Ang MoS2 film sa mga istrukturang ito ay nagsilbing semiconductor channel. Ang conductivity nito ay kinokontrol sa pamamagitan ng paglipat ng direksyon ng polarization ng ferroelectric layer. Kapag nakikipag-ugnayan sa MoS2, ang La:(HfO2-ZrO2) na materyal, na naunang binuo sa MIPT lab, ay natagpuang mayroong natitirang polarisasyon na humigit-kumulang 18 microcoulombs bawat square centimeter. Sa pamamagitan ng switching endurance na 5 milyong cycle, nanguna ito sa nakaraang world record na 100,000 cycle para sa mga silicon channel.