Rice University materialvetare ersätter alla atomer ovanpå ett treskikt, tvådimensionell kristall för att göra en övergångsmetall-dikalkogenid med svavel, molybden och selen. Upphovsman:Jing Zhang/Rice University
Som en smörgås med vete på botten och råg på toppen, Forskare från Rice University har tillagat en välsmakande ny twist på tvådimensionella material.
Rislaboratoriet för materialvetare Jun Lou har gjort en halvledande övergångsmetalldikalkogenid (TMD) som börjar som ett monoskikt av molybden-diselenid. De avlägsnar sedan det övre lagret av gitteret och ersätter exakt halva selenatomerna med svavel.
Det nya materialet de kallar Janus sulfur molybden selen (SMoSe) har en kristallin konstruktion som forskarna sa kan vara värd för ett inneboende elektriskt fält och det visar också lovande för katalytisk produktion av väte.
Arbetet är detaljerat denna månad i American Chemical Society journal ACS Nano .
Det tvåfasade materialet är tekniskt tvådimensionellt, men som molybden -diselenid består den av tre staplade atomerlager anordnade i ett rutnät. Från toppen, de ser ut som sexkantiga ringar a la grafen, men från någon annan vinkel, rutnätet är mer som ett nanoskala djungelgym.
Noggrann kontroll av förhållandena i en typisk kemisk ångavsättningsugn - 800 grader Celsius (1, 872 grader Fahrenheit) vid atmosfärstryck - tillät svavel att interagera med endast det översta lagret selenatomer och lämna botten orörd, sa forskarna. Om temperaturen sjunker över 850, allt selen byts ut.
Denna bild visar topp (vänster) och sidovy av Janus svavel molybden selen skapat vid Rice University. Noggrann kontroll av uppvärmning gör att svavel kan ersätta bara det översta planet av selenatomer i det nya tvådimensionella materialet. Upphovsman:Jing Zhang/Rice University
"Liksom interkalering av många andra molekyler som visats ha förmågan att diffundera in i de skiktade materialen, diffusion av gasformiga svavelmolekyler mellan skikten i dessa Van der Waals -kristaller, liksom utrymmet mellan dem och substraten, kräver tillräcklig drivkraft, "säger Rice, postdoktor Jing Zhang, medförfattare av tidningen med doktorand Shuai Jia. "Och drivkraften i våra experiment styrs av reaktionstemperaturen."
Noggrann undersökning visade att närvaron av svavel gav materialet ett större bandgap än molybden -diselenid, sa forskarna.
"Denna typ av tvåfasad struktur har länge förutsetts teoretiskt men mycket sällan förverkligats i 2-D-forskarsamhället, "Sa Lou." Symmetriavbrottet i 2-D TMD:s utåtriktade riktning kan leda till många tillämpningar, såsom en basal-plan aktiv 2-D-katalysator, robusta piezoelektricitetsaktiverade sensorer och ställdon vid 2-D-gränsen. "
Han sa att beredningen av Janus -materialet borde vara universell för skiktade material med liknande strukturer. "Det kommer att vara ganska intressant att titta på egenskaperna hos Janus-konfigurationen för andra 2-D-material, "Sa Lou.
