Forskare vid NYU Tandon School of Engineering har banat väg för en metod för att odla elektroniskt material i atomär skala med högsta kvalitet som någonsin rapporterats. I en tidning publicerad i Bokstäver i tillämpad fysik , Biträdande professor i elektro- och datateknik Davood Shahrjerdi och doktoranden Abdullah Alharbi beskriver en teknik för att syntetisera stora ark av högpresterande volframdisulfid i ett lager, ett syntetiskt material med ett brett utbud av elektroniska och optoelektroniska tillämpningar.

"Vi utvecklade en skräddarsydd reaktor för att odla detta material med hjälp av en rutinteknik som kallas kemisk ångavsättning. Vi gjorde några subtila men ändå kritiska förändringar för att förbättra utformningen av reaktorn och själva tillväxtprocessen, och vi var glada över att upptäcka att vi kunde producera den högsta kvalitativa monolager volframdisulfid som rapporterats i litteraturen, ", sa Shahrjerdi. "Det är ett avgörande steg mot att möjliggöra den typ av forskning som krävs för att utveckla nästa generations transistorer, bärbar elektronik, och till och med flexibla biomedicinska apparater."

Löftet om tvådimensionella elektroniska material har retat forskare i mer än ett decennium, sedan det första sådant materialet - grafen - upptäcktes experimentellt. Kallas även "enskiktsmaterial", grafen och liknande tvådimensionella material är bara en atom i tjocklek, flera hundra tusen gånger tunnare än ett pappersark. Dessa material har stora fördelar jämfört med kisel - nämligen oöverträffad flexibilitet, styrka, och konduktivitet – men att utveckla praktiska tillämpningar för deras användning har varit utmanande.

Grafen (ett enda lager av kol) har utforskats för elektroniska switchar (transistorer), men dess avsaknad av ett energibandgap utgör svårigheter för halvledartillämpningar. "Du kan inte stänga av grafentransistorerna, " förklarade Shahrjerdi. Till skillnad från grafen, volframdisulfid har ett stort energibandgap. Den visar också spännande nya egenskaper:När antalet atomlager ökar, bandgapet blir avstämbart, och vid monolagertjocklek kan den starkt absorbera och avge ljus, vilket gör den idealisk för applikationer inom optoelektronik, avkänning, och flexibel elektronik.

Ansträngningar att utveckla tillämpningar för enskiktsmaterial plågas ofta av brister i själva materialet – föroreningar och strukturella störningar som kan äventyra rörelsen av laddningsbärare i halvledaren (bärarmobilitet). Shahrjerdi och hans elev lyckades minska de strukturella störningarna genom att utelämna tillväxtfrämjande medel och använda kväve som bärgas snarare än ett vanligare val, argon.

Shahrjerdi noterade att omfattande tester av deras material avslöjade de högsta värdena som hittills registrerats för bärarrörlighet i enskiktsvolframdisulfid. "Det är en mycket spännande utveckling för de av oss som forskar inom detta område, " han sa.