Schematisk illustration av nanosheetstrukturer för Ca 2 Obs 3 O 10 -, Ti 0,87 O 2 0,52 -, och MoO 2 δ − nanoskivor och motsvarande kristallplan av SrTiO 3 .
Molekylärt tunna tvådimensionella kristaller kan lindra gittermatchningsbegränsningarna för epitaxiell kristallin tunnfilmstillväxt, som rapporterats av forskare i Japan.
Epitaxiell tillväxt har blivit allt viktigare för att odla kristallina tunna filmer med skräddarsydda elektroniska, optiska och magnetiska egenskaper för tekniska tillämpningar. Dock, tillvägagångssättet begränsas av de höga strukturella likheter som krävs mellan ett underliggande substrat och ett växande kristallskikt ovanpå det. Takayoshi Sasaki och kollegor vid International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) och University of Tokyo i Japan visar hur de med tvådimensionella material kan utöka mångsidigheten hos epitaxiella tillväxttekniker.
1984, Prof. Koma vid University of Tokyo föreslog att vissa skiktade material som glimmer eller grafit lätt kan klyvas för att producera ytor utan hängande bindningar som skulle lindra kraven på gittermatchning för epitaxiell tillväxt. Interaktioner mellan adatomer på dessa kluvna material skulle vara mer framträdande jämfört med tillväxt på enkristallsubstrat eftersom van der Waals-interaktionerna är svaga. Dock, variationen av lämpliga kluvna ytor är begränsad och hanteringen av dem kan vara svår.
Med den ökande uppmärksamheten på tvådimensionella material under de senaste åren, Takayoshi Sasaki och kollegor bestämde sig för att undersöka molekylärt tunna tvådimensionella kristaller som möjliga frölager för att lindra kraven på gittermatchning på ett sätt som liknar Komas van der Waals epitaxi. De deponerade nanoark av antingen Ca 2 Obs 3 O 10- , Ti 0,87 O 2 0,52- , eller MoO 2 δ- som ett välorganiserat monolager på amorft glas. På dessa olika ytor, de odlade olika inriktningar av SrTiO 3 , en viktig perovskit för olika tekniska tillämpningar. Tillvägagångssättet visade förmågan att utveckla olika orienteringar av SrTiO 3 med hög precision.
Forskarna föreslår att i framtiden, det skulle vara av stort intresse att uppnå en mer sofistikerad kontroll av tillväxtgeometrin med hjälp av nanoark med en komplex struktur. De lägger till, "En sådan avancerad design, knappast realiserat med nuvarande teknik, kommer att bana ett nytt sätt för vidareutveckling av kristallteknik."
