Mae ymchwilwyr o Sefydliad Ffiseg a Thechnoleg Moscow wedi llwyddo i dyfu ffilmiau atomig denau o disulfide molybdenwm yn rhychwantu hyd at sawl degau o gentimetrau sgwâr.Dangoswyd y gellir addasu strwythur y deunydd trwy amrywio'r tymheredd synthesis.Cafwyd y ffilmiau, sy'n bwysig i electroneg ac optoelectroneg, ar 900-1,000 ° Celsius.Cyhoeddwyd y canfyddiadau yn y cyfnodolyn ACS Applied Nano Materials.

Mae deunyddiau dau ddimensiwn yn denu cryn ddiddordeb oherwydd eu priodweddau unigryw yn deillio o'u strwythur a chyfyngiadau mecanyddol cwantwm.Mae'r teulu o ddeunyddiau 2-D yn cynnwys metelau, semimetals, lled-ddargludyddion, ac ynysyddion.Mae graphene, sef y deunydd 2-D enwocaf efallai, yn monolayer o atomau carbon.Mae ganddo'r symudedd gwefrydd uchaf a gofnodwyd hyd yma.Fodd bynnag, nid oes gan graphene fwlch band o dan amodau safonol, ac mae hynny'n cyfyngu ar ei gymwysiadau.

Yn wahanol i graphene, mae lled optimaidd y bandgap mewn disulfide molybdenwm (MoS2) yn ei gwneud yn addas i'w ddefnyddio mewn dyfeisiau electronig.Mae gan bob haen MoS2 strwythur rhyngosod, gyda haen o folybdenwm wedi'i wasgu rhwng dwy haen o atomau sylffwr.Mae heterostructures van der Waals dau ddimensiwn, sy'n cyfuno gwahanol ddeunyddiau 2-D, yn dangos addewid mawr hefyd.Mewn gwirionedd, maent eisoes yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn cymwysiadau sy'n gysylltiedig ag ynni a chatalysis.Mae synthesis ar raddfa waffer (ardal fawr) o disulfide molybdenwm 2-D yn dangos y potensial ar gyfer datblygiadau arloesol wrth greu dyfeisiau electronig tryloyw a hyblyg, cyfathrebu optegol ar gyfer cyfrifiaduron cenhedlaeth nesaf, yn ogystal ag mewn meysydd eraill electroneg ac optoelectroneg.

“Mae'r dull a luniwyd gennym i syntheseiddio MoS2 yn cynnwys dau gam.Yn gyntaf, mae ffilm o MoO3 yn cael ei thyfu gan ddefnyddio'r dechneg dyddodiad haen atomig, sy'n cynnig trwch haen atomig manwl gywir ac yn caniatáu gorchuddio pob arwyneb yn gydnaws.A gellir cael MoO3 yn hawdd ar wafferi hyd at 300 milimetr mewn diamedr.Nesaf, caiff y ffilm ei drin â gwres mewn anwedd sylffwr.O ganlyniad, mae atomau sylffwr yn disodli'r atomau ocsigen yn MoO3, ac mae MoS2 yn cael ei ffurfio.Rydym eisoes wedi dysgu tyfu ffilmiau MoS2 sy'n denau yn atomig ar arwynebedd o hyd at sawl degau o gentimetrau sgwâr,” eglura Andrey Markeev, pennaeth Labordy Dyddodiad Haen Atomig MIPT.

Penderfynodd yr ymchwilwyr fod strwythur y ffilm yn dibynnu ar y tymheredd sylffwreiddio.Mae'r ffilmiau sydd wedi'u sylffwreiddio ar 500 ° C yn cynnwys grawn crisialog, ychydig o nanometrau yr un, wedi'u hymgorffori mewn matrics amorffaidd.Ar 700 ° C, mae'r crisialau hyn tua 10-20 nm ar draws ac mae'r haenau S-Mo-S wedi'u cyfeirio'n berpendicwlar i'r wyneb.O ganlyniad, mae gan yr wyneb nifer o fondiau hongian.Mae strwythur o'r fath yn dangos gweithgaredd catalytig uchel mewn llawer o adweithiau, gan gynnwys yr adwaith esblygiad hydrogen.Er mwyn i MoS2 gael ei ddefnyddio mewn electroneg, rhaid i'r haenau S-Mo-S fod yn gyfochrog â'r wyneb, a gyflawnir ar dymheredd sylffwreiddio o 900-1,000 ° C.Mae'r ffilmiau canlyniadol mor denau ag 1.3 nm, neu ddwy haen moleciwlaidd, ac mae ganddynt ardal fasnachol arwyddocaol (hy, digon mawr).

Cyflwynwyd y ffilmiau MoS2 wedi'u syntheseiddio o dan yr amodau gorau posibl i strwythurau prototeip metel-deuelectrig-lled-ddargludyddion, sy'n seiliedig ar hafnium ocsid ferroelectrig ac yn modelu transistor effaith maes.Roedd y ffilm MoS2 yn y strwythurau hyn yn gwasanaethu fel sianel lled-ddargludyddion.Rheolwyd ei dargludedd trwy newid cyfeiriad polareiddio'r haen ferroelectrig.Pan mewn cysylltiad â MoS2, canfuwyd bod gan y deunydd La:(HfO2-ZrO2), a ddatblygwyd yn gynharach yn y labordy MIPT, bolareiddiad gweddilliol o tua 18 microcoulombs fesul centimedr sgwâr.Gyda dygnwch newid o 5 miliwn o gylchoedd, roedd ar frig y record byd blaenorol o 100,000 o gylchoedd ar gyfer sianeli silicon.