Ett team av forskare har "kardband" 2D-strukturer av MoS₂ och grafen med en kovalent koppling för första gången. 2D-2D-strukturerna användes för att bygga robusta fälteffekttransistorer med kontrollerad elektronisk kommunikation, gränssnitts kemisk natur och mellanskiktsavstånd.

Den mest utbredda metoden för syntes av 2D-2D heterostrukturer är direkt tillväxt av material ovanpå varandra. 2D-strukturer är atomärt tunna skiktade material som kan staplas för att bygga funktionella heterostrukturer. I sådana strukturer byggda genom atomavsättning är 2D-skikt svagt bundna av van der Waals-interaktioner och kan tas isär i vissa lösningsmedel eller termiska processer. Bristen på kontroll över gränssnittet mellan de två materialen när det gäller elektronisk kommunikation, kemisk natur eller avstånd mellan skikten försvårar konstruktionen av robusta multifunktionsenheter.

Ett team av forskare vid Universidad Autónoma de Madrid och IMDEA Nanociencia (Spanien) har för första gången kopplat kovalent samman lager av 2D-material:MoS₂ och grafen. Teamet har använt verktygen för syntetisk kemi för att "sy" flera flingor av MoS₂ till enkellagers grafenenheter, med hjälp av en bifunktionell molekyl med två ankarpunkter. Resultaten, publicerade nu i Nature Chemistry , visar att de slutliga elektroniska egenskaperna hos heterostrukturen domineras av den molekylära gränsytan.

Kombinationen av de halvledande egenskaperna hos övergångsmetalldikalkogenid MoS₂ med den höga bärarrörligheten av grafen är särskilt attraktiv för flera applikationer. Gruppen byggde fälteffekttransistorer för att testa strukturens elektriska egenskaper. De hittade en modifiering av gate-spännings-karakteristiken, med en förskjutning av Dirac-konen mot positiva spänningar och en minskning av strömmen vid ett minimum.

Denna nuvarande undertryckning i grafen är otvetydigt associerad med störningen av sp ² hybridisering till sp ³ på grund av bildandet av kovalenta bindningar. Ett kontrollexperiment med orörda MoS₂ suspenderade på toppen av grafen visade inga signifikanta förändringar i D-bandets intensitet. Intressant nog är laddningsbärarmobiliteten bevarad efter funktionalisering och kovalent bindning mellan MoS₂ och grafen, som är graden av grafendopning som kan styras via graden av funktionalisering.

Tillverkningen av dessa 2D-2D kovalenta heterostrukturer är relativt lätt. Ett kiselsubstrat innehållande ett enskiktigt grafenark nedsänktes i en suspension av funktionaliserat MoS₂ i vatten vid 35°C. Två timmars funktionalisering var tillräckligt för att främja den kovalenta bindningen i de flesta grafenfläckarna. För att bekräfta den kovalenta funktionaliseringen utfördes Raman-spektroskopi för att spåra transformationen av sp ² kolatomer i grafenet till sp ³ som indikation på bildandet av en ny C-C-bindning.

För första gången har forskare använt kemins verktyg för att kovalent binda 2D-material. Resultaten visar kraften i den kemiska metoden för att bygga MoS₂ -grafen heterostrukturer bortom van der Waals som bevarar bärarmobiliteten för grafen för högpresterande FET-enheter. Den vertikala kovalenta anslutningen ger en extra hävstång till de slutliga egenskaperna hos nanoenheter utöver materialens inneboende egenskaper och har potential för enkel högkapacitetshomologering. + Utforska vidare

Grafenkristaller växer bättre under kopparskydd