Layered transition metal dichalcogenides eller TMDCs - material som består av metall nanolager inklämda mellan två andra lager av kalkogener - har blivit extremt attraktiva för forskarsamhället på grund av deras förmåga att exfoliera till 2-D enkla lager. Liknar grafen, de behåller inte bara några av de unika egenskaperna hos bulkmaterialet, men också visa direkt-gap halvledande beteende, utmärkt elektrokatalytisk aktivitet och unika kvantfenomen som laddningsdensitetsvågor (CDW).
Generera komplexa multi-princip element TMDCs som är avgörande för den framtida utvecklingen av nya generationer av kvant, elektronisk, och energiomvandlingsmaterial är svårt.
"Det är relativt enkelt att göra ett binärt material av en typ av metall och en typ av kalkogen, " sa Ames Laboratory Senior Scientist Viktor Balema. "När du försöker lägga till fler metaller eller kalkogener till reaktanterna, att kombinera dem till en enhetlig struktur blir utmanande. Man trodde till och med att legering av två eller flera olika binära TMDC i ett enfasmaterial är absolut omöjligt."
För att övervinna detta hinder, postdoktoral forskarassistent Ihor Hlova använde kulfräsning och efterföljande reaktiv fusion för att kombinera sådana TMDCs som MoS 2 , WSe 2 , WS 2 , TaS 2 och NbSe 2 . Kulfräsning är en mekanokemisk process som kan exfoliera skiktade material till enkel- eller fåskiktiga nanoskivor som ytterligare kan återställa deras flerskiktiga arrangemang genom omstapling.
"Mekanisk bearbetning behandlar binära TMDCs som att blanda ihop två separata kortlekar, sa Balema. "De är omordnade för att bilda 3-D-heterostrukturerade arkitekturer - ett aldrig tidigare skådat fenomen som först observerades i vårt arbete."
Uppvärmning av de resulterande 3-D-heterostrukturerna för dem till kanten av deras stabilitet, ordnar om atomer inom och mellan sina lager, vilket resulterar i enfasiga fasta ämnen som i sin tur kan exfolieras, eller skalas i 2-D enkla lager som liknar grafen, men med sina egna, unika avstämbara egenskaper.
"Preliminär undersökning av egenskaper hos endast ett fåtal, tidigare otillgängliga föreningar, visar sig lika spännande som syntetiska resultat är, ", tillägger Ames Laboratory Senior Scientist och Distinguished Professor of Materials Science and Engineering Vitalij Pecharsky. "Mycket troligt, vi har precis öppnat dörrar till den helt nya klassen av finjusterbara, kvantmateria."
