Intilliggande kristallstrukturer av rheniumdiselenid (överst) och molybden -diselenid bildar en 2D -övergångsmetalldikalkogenid -heterostruktur med skarpt separerade domäner. Det unika materialet som skapats vid Rice University visar lovande för optoelektroniska applikationer. Kredit:Nanophase Materials Science och Ajayan Research Group
Ett Rice University lab vill att dess produkter ska se skarpa ut, även i nanoskala. Dess senaste skapelse är precis i mål.
Materialforskaren Pulickel Ajayans rislabb har skapat unika tvådimensionella flingor med två distinkta personligheter:molybden diselenid på ena sidan av en skarp skillnad med rhenium diselenid på den andra.
Från alla framträdanden, det tvåtonade materialet gillar det så, växer naturligt - fast under trånga förhållanden - i en kemisk ångavsättningsugn.
Materialet är en heterostruktur med 2-D övergångsmetall-dikalkogenid, en kristall med mer än en kemisk komponent. Det är inte ovanligt i sig, men den skarpa sicksackgränsen mellan element i materialet som rapporteras i American Chemical Society journal Nano bokstäver är unik.
Dikalkogenider är halvledare som innehåller övergångsmetaller och kalkogener. De är en lovande komponent för optoelektroniska applikationer som solceller, fotodetektorer och sensorer. Huvudförfattare Amey Apte, en doktorand i ris, sa att de också kan vara lämpliga material för kvantberäkning eller neuromorf beräkning, som efterliknar strukturen i den mänskliga hjärnan.
En illustration visar flera arrangemang av rhenium diselenid och molybden diselenide, som bildar en knivskarp korsning där de möts i en ny övergångsmetalldikalkogenid skapad vid Rice University. Klicka på bilden för en större version. Upphovsman:Ajayan Research Group
Apte sa välkänd, atomiskt platta molybden-volfram dikalkogenid heterostrukturer kan vara mer legeringsliknande, med diffusa gränser mellan sina kristalldomäner. Dock, det nya materialet - tekniskt sett 2H MoSe 2 -1T 'ReSe 2 - har atomiskt skarpa gränssnitt som ger det ett mindre elektroniskt bandgap än andra dikalkogenider.
"Istället för att ha ett unikt bandgap baserat på sammansättningen av en legering, vi kan ställa in bandgapet i detta material på ett mycket kontrollerbart sätt, "Apte sa." Den starka skillnaden mellan två intilliggande atomiskt tunna domäner öppnar nya vägar. "Han sa att spänningsintervallet troligen sträcker sig från 1,5 till 2,5 elektronvolt.
Att odla materialen på ett tillförlitligt sätt innebar skapandet av ett fasdiagram som beskriver hur varje parameter - balansen mellan kemisk gasprekursor, temperaturen och tiden - påverkar processen. Ris doktorand och medförfattare Sandhya Susarla sa att diagrammet fungerar som en färdplan för tillverkare.
"Den största frågan i dessa 2-D-material har varit att de inte är särskilt reproducerbara, "sa hon." De är mycket känsliga för många parametrar, eftersom processen är kinetiskt styrd.
"Men vår process är skalbar eftersom den är termodynamiskt styrd, "Susarla sa." Tillverkare har inte många parametrar att titta på. De måste bara titta på fasdiagrammet, kontrollera kompositionen och de kommer att få produkten varje gång. "
Forskarna tror att de kan få ytterligare kontroll över materialets form genom att skräddarsy underlaget för epitaxial tillväxt. Att låta atomerna falla på plats i enlighet med ytans eget atomarrangemang skulle möjliggöra mycket mer anpassning.
