三酸化モリブデン (MoO3) は重要な二次元 (2-D) 材料としての可能性を秘めていますが、その大量生産は同クラスの他の材料に比べて遅れています。今回、A*STAR の研究者は、極薄で高品質の MoO3 ナノシートを大量生産する簡単な方法を開発しました。

グラフェンの発見に続いて、遷移金属ジカルコゲニドなどの他の 2-D 材料が大きな注目を集め始めました。特に、MoO3 は、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、エレクトロクロミックにおけるさまざまな新しい用途が期待できる優れた電子的および光学的特性により、重要な 2 次元半導体材料として浮上しました。

A*STAR 材料工学研究所およびハイパフォーマンスコンピューティング研究所の Liu Honfei 氏らは、柔軟性と透明性を備えた大型で高品質の MoO3 ナノシートを大量生産するための簡単な技術の開発を目指しました。

「原子的に薄い三酸化モリブデンのナノシートには、さまざまな電子用途に利用できる新しい特性があります」と Liu 氏は言います。「しかし、高品質のナノシートを製造するには、親結晶の純度が非常に高くなければなりません。」

研究者らはまず、熱蒸気輸送と呼ばれる技術を使用して、管状炉内で MoO3 粉末を摂氏 1,000 度で蒸発させました。次に、核生成サイトの数を減らすことで、MoO3 の熱力学的結晶化とよりよく適合し、特定の基板を必要とせずに摂氏 600 度で高品質の結晶を生成できるようになります。

「一般に、高温での結晶成長は基板の影響を受けます」と Liu 氏は説明します。「しかし、意図的な基板がなければ、結晶成長をより適切に制御でき、高純度で高品質の三酸化モリブデン結晶を成長させることができます。」

結晶を室温まで冷却した後、研究者らは機械的および水による剥離を使用して、サブミクロンの厚さの MoO3 結晶のベルトを生成しました。ベルトに超音波処理と遠心分離を施すと、大型で高品質の MoO3 ナノシートを製造することができました。

この研究により、2-D MoO3 ナノシートの層間電子相互作用について新たな洞察が得られました。同チームが開発した結晶成長および剥離技術は、2D ヘテロ接合を形成することで 2D 材料のバンドギャップ、つまり光電子特性を操作するのにも役立つ可能性がある。

「私たちは現在、より大きな面積の 2 次元 MoO3 ナノシートの製造を試みているほか、ガスセンサーなどの他のデバイスでの使用の可能性を模索しています」と Liu 氏は言います。