(Phys.org) —En kemiingenjör vid Kansas State University har upptäckt att en ny medlem av den ultratunna materialfamiljen har stor potential att förbättra elektroniska och termiska enheter.

Vikas Berry, William H. Honstead professor i kemiteknik, och hans forskargrupp har studerat ett nytt tre atoms tjockt material - molybdendisulfid - och funnit att manipulering av det med guldatomer förbättrar dess elektriska egenskaper. Deras forskning visas i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Forskningen kan utveckla transistorer, fotodetektorer, sensorer och värmeledande beläggningar, sa Berry. Det kan också producera ultrasnabb, ultratunn logik och plasmonikenheter.

Berrys laboratorium har lett studier om syntes och egenskaper hos flera nästa generations atomtjocka nanomaterial, såsom grafen och bornitridskikt, som har använts för känslig detektering, höglikriktande elektronik, mekaniskt starka kompositer och nya bionanoteknologiska tillämpningar.

"Futuristiskt sett, dessa atomtjocka strukturer har potential att revolutionera elektroniken genom att utvecklas till enheter som bara kommer att vara några få atomer tjocka, " sa Berry.

För den senaste forskningen, Berry och hans team fokuserade på transistorer baserade på molybdendisulfid, eller MoS ₂ , som isolerades för bara två år sedan. Materialet är gjort av tre atomer tjocka ark och har nyligen visat sig ha transistorlikriktning som är bättre än grafen, vilket är ett enatomtjockt ark av kolatomer.

När Berrys team studerade molybdendisulfids struktur, de insåg att svavelgruppen på sin yta hade en stark kemi med ädla metaller, inklusive guld. Genom att etablera en bindning mellan molybdendisulfid och guld nanostrukturer, de fann att bindningen fungerade som en starkt kopplad gate-kondensator.

Berrys team förbättrade flera transistoregenskaper hos molybdendisulfid genom att manipulera den med guld nanomaterial.

"Det spontana, mycket kapacitiv, gitterdrivna och termiskt kontrollerade gränssnitt av ädelmetaller på metall-dikalkogenidskikt kan användas för att reglera deras bärarkoncentration, pseudomobilitet, transportbarriärer och fonontransport för framtida enheter, " sa Berry.

Arbetet kan avsevärt förbättra framtidens elektronik, som kommer att vara ultratunn, sa Berry. Forskarna har utvecklat ett sätt att minska den kraft som krävs för att driva dessa ultratunna enheter.

"Forskningen kommer att bana väg för atomär sammansmältning av skiktade heterostrukturer för att utnyttja deras kapacitiva interaktioner för nästa generations elektronik och fotonik, " sa Berry. "Till exempel, guldnanopartiklarna kan hjälpa till att lansera 2D-plasmoner på ultratunna material, möjliggör deras interferens för plasmonisk-logiska enheter."

Forskningen stöder också det nuvarande arbetet med molybdendisulfid-grafen-baserade elektrontunneltransistorer genom att tillhandahålla en väg för direkt elektrodfästning på en molybdendisulfid-tunnelport.

"Det intima, mycket kapacitiv interaktion av guld på molybdendisulfid kan inducera ökad pseudo-mobilitet och fungera som elektroder för heterostrukturenheter, sa T.S. Sreeprasad, en postdoktor i Berrys grupp.

Forskarna planerar att skapa ytterligare komplexa nanoskalaarkitekturer på molybdendisulfid för att bygga logiska enheter och sensorer.

"Införlivandet av guld i molybdendisulfid ger en väg för transistorer, biokemiska sensorer, plasmoniska enheter och katalytiskt substrat, sade Phong Nguyen, doktorand i kemiteknik, Wichita, Kan., som ingår i Berrys forskargrupp.

Namhoon Kim, magisterstudent i spannmålsvetenskap och industri, Korea, arbetade med forskningen som grundexamen i kemiteknik.