Kommer en atomtjocka lager av molybden disulfid, en förening som förekommer naturligt i bergarter, visa sig vara bättre än grafen för elektroniska applikationer? Det finns många tecken som kan visa sig vara fallet. Men fysiker från fysikfakulteten vid universitetet i Warszawa har visat att arten av de fenomen som förekommer i skiktade material fortfarande är dåligt förstådd och kräver ytterligare forskning.

Graphene har redan hyllats som elektronikens framtid. Byggd av sex-atom kolringar arrangerade i en bikakeliknande struktur, det bildar extremt fjädrande ark bara en enda atom tjock. Dock, vi känner till andra material som har liknande, skiktad struktur. Viktigt, några av dem, såsom molybden -disulfid, har egenskaper som är lika spännande som grafens.

Forskare vid universitetet i Warszawa, Fakulteten för fysik (FUW) har visat att de fenomen som förekommer i kristallnätet av molybdendisulfidark är av en något annan karaktär än man tidigare trott. En rapport som beskriver upptäckten, uppnås i samarbete med Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses i Grenoble, har nyligen publicerats i Tillämpad fysikbokstäver .

"Det blir inte möjligt att konstruera komplexa elektroniska system som består av enskilda atomark förrän vi har en tillräckligt bra förståelse för fysiken som är involverad i fenomen som förekommer i kristallnätverket för dessa material. Vår forskning visar, dock, att forskning fortfarande har en lång väg att gå inom detta område ", säger prof. Adam Babiński vid UW -fakulteten för fysik.

Den enklaste metoden för att skapa grafen kallas exfoliering:en bit tejp fastnar först på en bit grafit, sedan skalas av. Bland partiklarna som sitter fast vid tejpen, man kan hitta mikroskopiska lager av grafen. Detta beror på att grafit består av många grafenark intill varandra. Kolatomerna i varje lager är mycket starkt bundna till varandra (genom kovalenta bindningar, till vilken grafen har sin legendariska motståndskraft), men de enskilda skikten hålls samman av betydligt svagare bindningar (van de Walls -bindningar). Vanligt skotstejp är tillräckligt starkt för att bryta det senare och för att riva enskilda grafenark från grafitkristallen.

För några år sedan märktes att precis som grafen kan erhållas från grafit, ark med en enda atom tjock kan på samma sätt erhållas från många andra kristaller. Detta har framgångsrikt gjorts, till exempel, med övergångsmetaller chalcogenides (sulfider, selenider, och tellurider). Skikt av molybden -disulfid (MoS2), särskilt, har visat sig vara ett mycket intressant material. Denna förening finns i naturen som molybdenit, ett kristallmaterial som finns i stenar runt om i världen, tar ofta den karakteristiska formen av silverfärgade sexkantiga plattor. I flera år har molybdenit använts vid tillverkning av smörjmedel och metalllegeringar. Liksom för grafit, egenskaperna hos en-atomark av MoS2 länge gick obemärkt förbi.

Ur applikation inom elektronik, molybdendisulfidark uppvisar en betydande fördel jämfört med grafen:de har ett energigap, ett energiområde inom vilket inga elektrontillstånd kan existera. Genom att använda elektrisk fält, materialet kan växlas mellan ett tillstånd som leder elektricitet och ett som beter sig som en isolator. Med nuvarande beräkningar, en avstängd molybden-disulfidtransistor skulle förbruka så lite som flera hundra tusen gånger mindre energi än en kiseltransistor. Grafen, å andra sidan, har inget energigap och transistorer av grafen kan inte stängas av helt.

Värdefull information om en kristalls struktur och fenomen som förekommer i den kan erhållas genom att analysera hur ljus sprids i materialet. Fotoner av en given energi absorberas vanligtvis av materialets atomer och molekyler, släpptes sedan tillbaka med samma energi. I det spridda ljusets spektrum kan man då se en distinkt topp, motsvarande den energin. Det visar sig, dock, att en av många miljoner fotoner kan använda en del av sin energi annars, till exempel för att ändra vibrationer eller cirkulation av en molekyl. Den omvända situationen uppstår också ibland:en foton kan ta bort en del av energin i en molekyl, och så ökar den egna energin något. I den här situationen, känd som Ramanspridning, två mindre toppar observeras på vardera sidan av huvudtoppen.

Forskarna vid UW-fakulteten för fysik analyserade Ramanspektra för molybden-disulfid som utförde mikroskopiska mätningar vid låg temperatur. Utrustningens högre känslighet och detaljerade analysmetoder gjorde att laget kunde föreslå en mer exakt modell av fenomen som förekommer i kristallnätet av molybden -disulfid.

"När det gäller enkelskiktsmaterial, formen på Raman -linjerna har tidigare förklarats i termer av fenomen som innefattar vissa karakteristiska vibrationer i kristallnätet. Vi har visat för molybden -disulfidark att effekterna som tillskrivs dessa vibrationer faktiskt måste, åtminstone delvis, beror på andra nätvibrationer som inte tidigare beaktats ", förklarar Katarzyna Gołasa, doktorand vid UW -fakulteten för fysik.

Förekomsten av den nya typen av vibrationer i enkelarkmaterial har en inverkan på hur elektroner beter sig. Som en konsekvens, dessa material måste ha något andra elektroniska egenskaper än tidigare förväntat.

"Graphene var den första. Dess unika egenskaper har utlöst en betydande, fortfarande växande intresse bland forskare och även från industrin. Dock, vi får inte glömma andra material i ett lager. Om vi ​​studerar dem väl, de kan visa sig vara bättre än grafen för många applikationer ", Professor Babiński säger.

Fysik och astronomi dök upp första gången vid universitetet i Warszawa 1816, under den dåvarande filosofiska fakulteten. År 1825 inrättades Astronomiska observatoriet. För närvarande, Fysiska fakultetsinstituten inkluderar experimentell fysik, Teoretisk fysik, Geofysik, Institutionen för matematiska metoder och ett astronomiskt observatorium. Forskning täcker nästan alla områden inom modern fysik, på skalor från kvanten till det kosmologiska. Fakultetens forsknings- och lärarpersonal omfattar ca. 200 universitetslärare, varav närmare 80 är anställda med titeln professor. Fysiska fakulteten, University of Warsaw, deltar ca. 1000 studenter och mer än 140 doktorander.