För första gången, monoskikt av övergångsmetall -dikalkogenider med utmärkta optiska egenskaper odlades. Ett team av fysiker från universitetet i Warszawa lyckades övervinna de tekniska svårigheter som industrin och forskare från hela världen står inför - nämligen den mycket begränsade storleken, heterogenitet, och breddning av de spektrala linjerna för tillverkade material. Monoskikt utan dessa defekter odlades genom molekylär stråleepitaxi på atomiskt platta bornitrid -substrat.

Tvådimensionella kristaller med en bikakestruktur, inklusive den berömda grafen, har redan revolutionerat nanovetenskap och har potential att revolutionera vanlig teknik, också. Därför, det är mycket önskvärt att utveckla metoder i industriell skala för deras produktion.

Dock, trots betydande investeringar i utveckling av tillväxttekniker för atomtunna kristaller, monoskikten av bästa kvalitet erhålls för närvarande fortfarande med exfoliering, dvs på grund av den mekaniska lossningen av enskilda atomskikt från bulkkristallen. Till exempel, grafenflingor exfolierade från bulkgrafit uppvisar överlägsna elektriska egenskaper jämfört med odlad grafen. I kontrast, storleken på de mekaniskt exfolierade monoskikten är ganska liten.

Liknande, optiska egenskaper hos tvådimensionella övergångsmetalldykalkogenider (t.ex. molybden-diselenid) avslöjas fullt ut endast för lager erhållna som ett resultat av exfoliering och efter att ha utsatts för ytterligare mekanisk behandling, som att placera dem mellan skikten av bornitrid. Dock, som redan nämnts, denna teknik leder inte till atomtunna kristaller i större skala, resulterar i heterogenitet, begränsad storlek, och till och med utseendet på korrugeringar, bubblor, och oregelbundna kanter.

Därav, det är avgörande att utveckla en teknik för odling av tvådimensionella övergångsmetalldikalkogenider som möjliggör produktion av monoskikt med en stor ytarea. För närvarande, en av de mest avancerade teknikerna för att producera tunna halvledarkristaller är molekylär stråle -epitaxy (MBE). Det ger lågdimensionella strukturer på stora skivor, med hög homogenitet, men dess effektivitet vid framställning av övergångsmetall -dikalkogenider har varit mycket begränsad hittills. Särskilt, de optiska egenskaperna hos MBE -odlade monoskikt har hittills varit ganska blygsamma, t.ex. spektrallinjer har varit breda och svaga, visar liten möjlighet att använda de spektakulära optiska egenskaperna hos övergångsmetalldikalkogenider i större skala.

Det är inom detta område som forskare från Fakulteten för fysik vid universitetet i Warszawa gjorde ett genombrott. I samarbete med flera laboratorier från Europa och Japan, de genomförde en serie studier om tillväxten av övergångsmetall -dikalkogenider -monoskikt på ett atomiskt plant bornitridsubstrat. På det här sättet, med MBE -metoden, de fick platta kristaller, lika stor som underlaget, visar enhetliga parametrar över hela ytan, inklusive - mest värdefullt - utmärkta optiska egenskaper.

Resultaten av arbetet har just publicerats i den senaste volymen av den prestigefyllda tidskriften Nano bokstäver . Upptäckten riktar framtida forskning om industriell produktion av atomiskt tunna material. Särskilt, det indikerar behovet av att utveckla större atomiskt platta bornitridskivor. På sådana skivor, det kommer att vara möjligt att odla monoskikt med optisk kvalitet, mått, och homogenitet som krävs för optoelektroniska applikationer.