Nanomekanisk klyvning av atomskikt av molybdendisulfid. (vänster) Schema för experimentuppställningen inuti HRTEM. (mitten) TEM-bild av en skarpt etsad volframnanosond i kontakt med MoS 2 enkristall avsiktligt placerad med (0002) basala atomplan sett på kanten. (höger) HRTEM-bild av en kluven MoS 2 atomärt monolager.
Den enklaste mekaniska klyvningstekniken med hjälp av en primitiv "Scotch"-tejp har resulterat i den Nobelbelönade upptäckten av grafener och används för närvarande över hela världen för att montera grafener och andra tvådimensionella (2D) grafenliknande strukturer mot deras användning i nya hög- prestanda nanoelektroniska enheter.
Enkelheten i denna metod har initierat en blomstrande forskning om 2D-material. Dock, de atomistiska processerna bakom den mikromekaniska klyvningen har fortfarande varit dåligt förstådda.
Ett förenat team av experimentalister och teoretiker från International Centre for Young Scientists, International Center for Materials Nanoarchitectonics and Surface Physics and Structure Unit vid National Institute for Materials Science, National University of Science and Technology "MISiS" (Moskva, Ryssland), Rice University (USA) och University of Jyväskylä (Finland) ledda av Daiming Tang och Dmitri Golberg lyckades för första gången i fullständig förståelse av fysik, kinetik och energi bakom den ansedda "Scotch-tape"-tekniken med molybdendisulfid (MoS2) atomlager som modellmaterial.
Forskarna utvecklade en direkt in situ sonderingsteknik i ett högupplöst transmissionselektronmikroskop (HRTEM) för att undersöka de mekaniska klyvningsprocesserna och associerade mekaniska beteenden. Genom att exakt manipulera en ultraskarp metallsond för att komma i kontakt med de redan existerande kristallina stegen i MoS 2 enkristaller, atomärt tunna flingor skalades försiktigt bort, selektivt sträcker sig från en enda, dubbla till mer än 20 atomlager. Teamet fann att de mekaniska beteendena är starkt beroende av antalet lager. Kombination av in situ HRTEM och simuleringar av molekylär dynamik avslöjar en transformation av böjningsbeteende från spontan porling ( <5 atomlager) till homogen krökning (~ 10 lager), och slutligen till kinking (20 eller fler lager).
Genom att beakta kraftbalansen nära kontaktpunkten, den specifika ytenergin hos en MoS 2 monoatomiskt skikt beräknades till ~0,11 N/m. Det är första gången som denna fundamentalt viktiga egenskap har mätts direkt.
Efter initial isolering från moderkristallen, MoS 2 monolager kan lätt staplas om på ytan av kristallen, demonstrerar möjligheten av van der Waals epitaxi. MoS 2 atomlager kunde böjas till yttersta små radier (1,3 ~ 3,0 nm) reversibelt utan brott. Sådan ultrareversibilitet och extrem flexibilitet bevisar att de kan vara mekaniskt robusta kandidater för de avancerade flexibla elektroniska enheterna även under extrema hopfällbara förhållanden.
