Den relativt nya upptäckten av grafen, ett tvådimensionellt lager med ovanligt och attraktivt elektroniskt, optiska och termiska egenskaper, ledde forskare att söka efter andra atomiskt tunna material med unika egenskaper.

Molybden -disulfid (MoS ₂ ) har visat sig vara en av de mest lovande. Enskikts- och fåskikts molybdendisulfidanordningar har föreslagits för elektroniska, optoelektroniska och energitillämpningar. Ett team av forskare, ledd av ingenjörer vid University of California, Riversides Bourns College of Engineering, har utvecklat en annan potentiell applikation:sensorer.

"Sensorerna finns överallt nu, inklusive i smarta telefoner och andra bärbara elektroniska enheter, sa Alexander Balandin, UC Presidential Chair och professor i el- och datateknik vid UC Riverside, vem är huvudförfattare till tidningen. "Sensorerna vi utvecklat är små, tunn, mycket känslig och selektiv, vilket gör dem potentiellt idealiska för många applikationer. "

Balandin och doktoranderna i hans laboratorium byggde de atomtunna gas- och kemiska ångsensorerna från molybdendisulfid och testade dem i samarbete med forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, N.Y. Enheterna har tvådimensionella kanaler, som är bra för sensortillämpningar på grund av det höga yt-till-volym-förhållandet och den vida justerbara elektronkoncentrationen.

Forskarna visade att sensorerna, som de kallar molybden-disulfid tunnfilm fälteffekttransistorer (TF-FET), kan selektivt upptäcka etanol, acetonitril, toluen, kloroform och metanolångor.

Resultaten publicerades i en ny tidning, "Selektiv kemisk ångavkänning med få lager MoS2 tunnfilmstransistorer:Jämförelse med grafenenheter, "i tidningen Tillämpad fysikbokstäver . Förutom Balandin, medförfattare var Rameez Samnakay och Chenglong Jiang, både doktorand studenter i Balandins labb, och Michael Shur och Sergey Rumyantsev, båda av Rensselaer Polytechnic Institute.

Den selektiva detekteringen krävde inte tidigare funktionalisering av ytan till specifika ångor. Testerna utfördes med tillverkade enheter och avsiktligt åldrade enheter. Molybden -disulfidsensorerna som användes i studien åldrades i två månader eftersom praktiska tillämpningar kräver att sensorerna förblir stabila och operativa i minst en månad.

Sensorer gjorda med atomiskt tunna lager av MoS2 avslöjade bättre selektivitet för vissa gaser på grund av elektronenergibandgapet i detta material, vilket resulterade i stark dämpning av elektrisk ström vid exponering för några av gaserna. Grafenenheter, från den andra sidan, visade selektivitet när man använde nuvarande fluktuationer som en avkänningsparameter.

"Sensorer implementerade med atomtunna MoS2 -lager kompletterar grafen -enheter, vilket är goda nyheter, "Sade Balandin." Grafen har mycket hög elektronmobilitet medan MoS2 har energibandgapet. "

Det unika med UC Riverside -byggda atomiskt tunna gassensorer - både grafen och MoS2 - är användningen av lågfrekventa strömfluktuationer som ytterligare avkänningssignal. Konventionellt använder sådana kemiska sensorer endast förändringen i den elektriska strömmen genom anordningen eller en förändring i motståndet hos enhetens aktiva kanal.

I ett separat papper, samma forskare visade högtemperaturdrift av molybden -disulfid atomiskt tunna filmtransistorer. Arbetet beskrevs i ett papper, "Högtemperaturprestanda för MoS2 tunnfilmstransistorer:Egenskaper för likström och pulsström, "som just publicerades i Journal of Applied Physics .

Många elektroniska komponenter för styrsystem och sensorer krävs för att arbeta vid temperaturer över 200 grader Celsius. Exempel på applikationer med hög temperatur inkluderar turbinmotorstyrning inom flyg- och energiproduktion och oljefältinstrument.

Tillgången på transistorer och kretsar för att fungera vid temperaturer över 200 grader Celsius är begränsad. Enheter gjorda av kiselkarbid och galliumnitrid - konventionella halvledare - lovar utökad drift vid hög temperatur men är fortfarande inte kostnadseffektiva för applikationer med hög volym. Det finns ett behov av nya materialsystem som kan användas för att göra fälteffekttransistorsensorer som fungerar vid höga temperaturer.