ماسکو انسٹی ٹیوٹ آف فزکس اینڈ ٹکنالوجی کے محققین نے کئی دس سینٹی میٹر مربع تک پھیلی ہوئی مولبڈینم ڈسلفائیڈ کی جوہری طور پر پتلی فلمیں بنانے میں کامیاب ہو گئے ہیں۔ یہ ظاہر کیا گیا تھا کہ مواد کی ساخت میں ترکیب کے درجہ حرارت کو مختلف کرکے تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ فلمیں، جو الیکٹرانکس اور آپٹو الیکٹرانکس کے لیے اہم ہیں، 900-1,000 ° سیلسیس پر حاصل کی گئیں۔ یہ نتائج جرنل ACS اپلائیڈ نینو میٹریلز میں شائع ہوئے۔

دو جہتی مواد اپنی ساخت اور کوانٹم مکینیکل پابندیوں سے پیدا ہونے والی منفرد خصوصیات کی وجہ سے کافی دلچسپی لے رہے ہیں۔ 2-D مواد کے خاندان میں دھاتیں، سیمیٹلز، سیمی کنڈکٹرز، اور انسولیٹر شامل ہیں۔ گرافین، جو شاید سب سے مشہور 2-D مواد ہے، کاربن ایٹموں کا ایک monolayer ہے۔ اس میں آج تک ریکارڈ کی گئی سب سے زیادہ چارج کیریئر کی نقل و حرکت ہے۔ تاہم، معیاری حالات میں گرافین میں کوئی بینڈ گیپ نہیں ہے، اور یہ اس کے استعمال کو محدود کرتا ہے۔

گرافین کے برعکس، molybdenum disulfide (MoS2) میں بینڈ گیپ کی زیادہ سے زیادہ چوڑائی اسے الیکٹرانک آلات میں استعمال کے لیے موزوں بناتی ہے۔ ہر MoS2 پرت میں ایک سینڈوچ کا ڈھانچہ ہوتا ہے، جس میں سلفر ایٹموں کی دو تہوں کے درمیان مولبڈینم کی ایک تہہ نچوڑی جاتی ہے۔ دو جہتی وین ڈیر والز ہیٹرسٹرکچرز، جو کہ مختلف 2-D مواد کو یکجا کرتے ہیں، بہت اچھا وعدہ بھی ظاہر کرتے ہیں۔ درحقیقت، وہ پہلے سے ہی توانائی سے متعلق ایپلی کیشنز اور کیٹالیسس میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ 2-D مولیبڈینم ڈسلفائیڈ کی ویفر اسکیل (بڑے رقبے) کی ترکیب شفاف اور لچکدار الیکٹرانک آلات کی تخلیق، اگلی نسل کے کمپیوٹرز کے لیے آپٹیکل کمیونیکیشن کے ساتھ ساتھ الیکٹرانکس اور آپٹو الیکٹرانکس کے دیگر شعبوں میں پیش رفت کے امکانات کو ظاہر کرتی ہے۔

"ہم نے MoS2 کی ترکیب کے لیے جو طریقہ اختیار کیا ہے اس میں دو مراحل شامل ہیں۔ سب سے پہلے، جوہری تہہ جمع کرنے کی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے MoO3 کی ایک فلم تیار کی جاتی ہے، جو کہ عین مطابق جوہری تہہ کی موٹائی پیش کرتی ہے اور تمام سطحوں کی کنفارمل کوٹنگ کی اجازت دیتی ہے۔ اور MoO3 آسانی سے 300 ملی میٹر قطر کے ویفرز پر حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اس کے بعد، فلم کو سلفر بخارات میں گرمی کا علاج کیا جاتا ہے. نتیجے کے طور پر، MoO3 میں آکسیجن کے ایٹم سلفر کے ایٹموں سے بدل جاتے ہیں، اور MoS2 بنتا ہے۔ ہم نے پہلے ہی کئی دسیوں مربع سینٹی میٹر تک کے رقبے پر جوہری طور پر پتلی MoS2 فلمیں اگانا سیکھ لیا ہے،" MIPT کی اٹامک لیئر ڈیپوزیشن لیب کے سربراہ آندرے مارکیف بتاتے ہیں۔

محققین نے طے کیا کہ فلم کی ساخت سلفرائزیشن کے درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ 500°С پر سلفرائزڈ فلموں میں کرسٹل لائن دانے ہوتے ہیں، ہر ایک میں چند نینو میٹر، ایک بے ساختہ میٹرکس میں سرایت کرتے ہیں۔ 700°С پر، یہ کرسٹلائٹس تقریباً 10-20 nm کے آر پار ہوتے ہیں اور S-Mo-S پرتیں سطح پر کھڑی ہوتی ہیں۔ نتیجے کے طور پر، سطح پر متعدد لٹکتے ہوئے بندھن ہیں۔ اس طرح کی ساخت ہائیڈروجن ارتقاء کے رد عمل سمیت بہت سے رد عمل میں اعلی اتپریرک سرگرمی کو ظاہر کرتی ہے۔ الیکٹرانکس میں استعمال ہونے والے MoS2 کے لیے، S-Mo-S تہوں کو سطح کے متوازی ہونا ضروری ہے، جو 900-1,000 °С کے سلفرائزیشن درجہ حرارت پر حاصل کیا جاتا ہے۔ نتیجے میں بننے والی فلمیں 1.3 nm، یا دو سالماتی تہوں کی طرح پتلی ہوتی ہیں، اور ان کا تجارتی لحاظ سے اہم (یعنی کافی بڑا) رقبہ ہوتا ہے۔

زیادہ سے زیادہ حالات میں ترکیب شدہ MoS2 فلموں کو دھاتی ڈائی الیکٹرک-سیمک کنڈکٹر پروٹو ٹائپ ڈھانچے میں متعارف کرایا گیا، جو فیرو الیکٹرک ہافنیم آکسائیڈ پر مبنی ہیں اور فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر کا ماڈل بناتے ہیں۔ ان ڈھانچے میں MoS2 فلم نے سیمی کنڈکٹر چینل کے طور پر کام کیا۔ فیرو الیکٹرک پرت کی پولرائزیشن سمت کو تبدیل کرکے اس کی چالکتا کو کنٹرول کیا گیا تھا۔ MoS2 کے ساتھ رابطے میں، La:(HfO2-ZrO2) مواد، جو پہلے MIPT لیب میں تیار کیا گیا تھا، میں تقریباً 18 مائکروکولمب فی مربع سینٹی میٹر کی بقایا پولرائزیشن پائی گئی۔ 5 ملین سائیکلوں کی سوئچنگ برداشت کے ساتھ، یہ سلیکون چینلز کے 100,000 سائیکلوں کے پچھلے عالمی ریکارڈ میں سرفہرست ہے۔