Vänster -- en experimentell bild av MoS2 med defekter som härrör från miljöexponering (erhållen genom scanning tunnelmikroskop STM), mitten -- resultaten av simuleringen av STM-bilden, höger -- modellen av lagrets atomstruktur. Kredit:NUST MISIS
För första gången någonsin, ett internationellt team av forskare från NUST MISIS, den ungerska vetenskapsakademin, universitetet i Namur (Belgien), och Korea Research Institute for Standards &Science har detaljerat de strukturella förändringarna av tvådimensionell molybdendisulfid under långvarig miljöpåverkan. De nya uppgifterna begränsar omfattningen av dess potentiella tillämpning inom mikroelektronik och öppnar samtidigt upp nya möjligheter för användningen av tvådimensionella material som katalysatorer. Forskningsresultaten har publicerats i den internationella vetenskapliga tidskriften Naturkemi .
Molybdendisulfid (MoS 2 ) anses lovande för en mängd olika mikroelektroniska enheter som högfrekvensdetektorer, likriktare och transistorer, så forskarlag runt om i världen studerar aktivt dess tvådimensionella format, MoS 2 nanofilm. Dock, den nya studien visar att när detta tvådimensionella material oxideras avsevärt i luft, det blir en annan koppling.
Alla elektroniska enheter som använder MoS 2 utan ordentligt skydd skulle sluta fungera relativt snabbt. För att använda MoS 2 inom mikroelektronik, enheterna skulle behöva kapslas in.
"För första gången någonsin, vi har lyckats experimentellt bevisa att en enkelskiktad molybdendisulfid bryts ned kraftigt under miljöförhållanden, oxiderar och förvandlas till en fast lösning MoS 2-x Oxe, . Funktionerna hos en tvådimensionell halvledare utan defekter och förluster kan implementeras med molybdendiselenider, annat material med liknande struktur, sa Pavel Sorokin, chef för forskargruppen och ledande forskare vid NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.
I experimenten, tvådimensionella lager av molybdendisulfid, erhållen från skiktning av molybdendisulfidkristaller med ultraljud, hölls i miljöförhållanden vid normal rumstemperatur och belysning under långa perioder (mer än 18 månader), under vilken forskare observerade förändringarna i strukturen på dess yta.
"Tack vare användningen av tunnelmikroskopi, vi kunde spåra de strukturella förändringarna av kristaller av tvådimensionell svaveldisulfid på atomnivå under långvarig exponering för miljöförhållanden. Vi har upptäckt att materialet som tidigare ansetts vara stabilt faktiskt är föremål för spontan oxidation, men samtidigt, den ursprungliga kristallstrukturen av MoS 2 monolager behåller formationer av MoS 2-x Ox fasta lösningar. Våra simuleringar har gjort det möjligt för oss att föreslå en mekanism för att bilda sådana solida lösningar, och resultaten av de teoretiska beräkningarna är helt i överensstämmelse med våra experimentella mätningar, sa Zakhar Popov, en av medförfattarna till studien och en senior forskare vid NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.
"Studiens andra nyckelupptäckt är det nya materialet som monoskiktet av molybdendisulfiden förvandlas till är en tvådimensionell kristall av en fast lösning MoS 2-x Oxe, som är en effektiv katalysator för elektromekaniska processer, " avslutade Sorokin.
