Att observera placeringen och vinkeln för GB och atomstrukturen. Kredit:IBS
Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP) inom IBS har rapporterat resultat som korrelerar flingningsvinkeln med korngränsegenskaper (GBs), och bevisat att en ökning av fusionsvinkeln för GBs drastiskt förbättrar flödet av elektroner. Detta korrelerar med en ökning av bärarens rörlighet från mindre än 1 cm 2 V -1 s -1 för små vinklar, till 16 cm 2 V -1 s -1 för vinklar större än 20°. Pappret, berättigad, "Felorienteringsvinkelberoende elektrisk transport över molybdendisulfidkorngränser" publiceras i tidskriften Naturkommunikation .
Enligt tidningen, det är viktigt att förstå de atomära strukturerna hos GB för att kontrollera och förbättra elektriska transportegenskaper i både bulk och lågdimensionella material. Korngränser är riktningen som atomer är ordnade i ett material. För experimenten som utförts av forskare vid CINAP, en monolager molybdendisulfid (MoS2) odlades genom kemisk ångavsättning (CVD) och överfördes därefter till ett substrat av kiseldioxid (SiO2). Teamets resonemang för att använda MoS 2 är dubbelt:för det första, det är en 2D-halvledare som har hög elektrisk ledningsförmåga och, avgörande, har ett naturligt bandgap, som gör det möjligt att ställa in och stänga av den och; för det andra, korngränserna är väldefinierade. Detta är avgörande för framgångsrika experiment. Tidigare forskning från Northwestern University fann att GB för MoS 2 tillhandahållit ett unikt sätt att modulera motstånd; detta uppnåddes genom att använda ett stort elektriskt fält för att rumsligt modulera platsen för korngränserna.
Northwestern-resultaten, publicerades förra året i Naturens nanoteknik , öppnade en väg för framtida forskning, men debatten om transportfysiken vid GB är fortfarande omtvistad. Detta beror på en stor prestandavariation från enhet till enhet, dålig mobilitet inom en domän, och, viktigast, en brist på korrelation mellan transportegenskaper och GB-atomstrukturer i MoS 2 forskning. CINAP-teamet, leds av centrets chef Young Hee Lee, övervann dessa hinder genom att direkt korrelera transportmätningar med fyra sönder över enstaka GB:er med både högupplöst transmissionselektronmikroskopi (TEM) avbildning och första principsberäkningar. TEM är en mikroskopiteknik där en elektronstråle överförs genom ett ultratunt prov, interagerar med provet när det passerar igenom. En exakt atomisk skala bild bildas från interaktionen av elektronerna som överförs genom provet.
Onormalt elektriskt motstånd hos GBs i MoS2 med stor yta. Kredit:IBS
Identifiera korngränser
GBs i MoS2-lagren identifierades och regioner utan tecken på skrynkling eller flerlager valdes sedan ut för att förhindra feltolkningar. Fyra-sondstransportmätningar utfördes sedan på substratet med överraskande resultat; vid mätning av felorientering av flingor på 8-20o, rörligheten ökade från mycket mindre än 1 cm 2 V -1 s -1 upp till 16 cm 2 V -1 s -1 . Över 20o fälteffekt rörlighet mättas vid en 16 cm 2 V -1 s -1 avskärning inom domänen. Således, GBs mellan flingor med en felorienteringsvinkel på 20-60 o visa bättre transportegenskaper.
Teamet har, som rapporterats i deras tidning, "gav en mer enhetlig bild av förhållandet mellan rörlighet, sammansmältande vinkel och atomistiska strukturer för GBs av monolager MoS 2 ." Resultaten ger praktiska förväntningar på transportegenskaper i storarea filmer, som till stor del kommer att begränsas av den dåliga rörligheten över GB. Resultaten som erhålls i detta arbete är tillämpliga på andra liknande 2D-system, och bidra till den grundläggande förståelsen för transport i halvledare.
