Znanstvene vijesti — 02.03.2018.

Rast monoslojeva disulfida prijelaznih metala na podlogama van der Waalsovog tipa

U suradnji s našim kolegama Bornom Pielićem i Markom Kraljem, grupa istraživača iz Njemačke je nedavno objavila članak u kojem su promatrali rast jednoslojnih disulfida na podlozi van der Waalsovog tipa u uvjetima ultravisokog vakuuma. Posebnost ove metode jest njena univerzalnost jer se neznatnim promjenama parametara rasta postiže jednako kvalitetan rast više različitih disulfida.

Molecular beam epitaxy of quasi-freestanding transition metal disulphide monolayers on van der Waals substrates: a growth study

Joshua Hall, Borna Pielić, Clifford Murray, Wouter Jolie, Tobias Wekking, Carsten Busse, Marko Kralj, Thomas Michely
2D Materials 5, 025005 (2018).
doi: 10.1088/2053-1583/aaa1c5

Otkrićem grafena porastao je interes znanstvene zajednice za istraživanjem dvodimenzionalnih van der Waalsovih materijala. Posebnu klasu tih materijala čine dihalkogenidi prijelaznih metala (TMDC) oblika MX2 (M = prijelazni metal, X = halkogeni atom), a posebno su zanimljivi poluvodički disulfidi i diselenidi kao MoS2, WS2, MoSe2 i WSe2. Zbog svoje dvodimenzionalnosti te sličnosti sa silicijem ovi materijali omogućavaju tehnološku primjenu u tranzistorima s efektom polja. Štoviše, s prijelazom iz volumnog oblika na jedan zasebni sloj njihova se elektronska struktura drastično mijenja pri čemu indirektni zabranjeni pojas prelazi u direktni što ih čini pogodnim za primjenu i u optoelektronici. Kad su u pitanju TMD materijali metalnog karaktera, kao npr. TaS2, u prvi plan dolaze njihove elektroničke nestabilnosti: supravodljivost, val gustoće naboja, Mottova stanja itd. Važno je razumjeti postoji li one i u granici jednog sloja.

(a) Gornji panel: STM topograf nakon rasta otokaMoS2 na Gr/Ir(1 1 1) s pokrivenoću od 0.3 ML. Strelice na lijevoj strani označavaju granice zrcalnih sraslaca u otocima MoS2. Smjer [1 0 -1] Ir supstrata označen je crnom strelicom na desnoj strani. Donji panel: profil visine duž plave linije u gornjem panelu. (b) Atomski razlučen topograf otoka MoS2. (c) Dio odgovarajućeg LEED uzorka na 80 eV. Označene su refleksije prvog reda za MoS2, Ir(1 1 1) i Gr.

(a) Gornji panel: STM topograf nakon rasta otoka MoS2 na Gr/Ir(1 1 1) s pokrivenoću od 0.3 ML. Strelice na lijevoj strani označavaju granice zrcalnih sraslaca u otocima MoS2. Smjer [1 0 -1] Ir supstrata označen je crnom strelicom na desnoj strani. Donji panel: profil visine duž plave linije u gornjem panelu. (b) Atomski razlučen topograf otoka MoS2. (c) Dio odgovarajućeg LEED uzorka na 80 eV. Označene su refleksije prvog reda za MoS2, Ir(1 1 1) i Gr.

Da bi se ostvarila i istražila ova tehnološki superiorna intrinsična svojstva, potrebno je sintetizirati čiste kristalne faze te smanjiti utjecaj podloge na uzorak. Grupa istraživača sa sveučilišta u Kölnu, Münsteru i Siegenu u Njemačke je u suradnji s našim kolegama Bornom Pielićem i Markom Kraljem nedavno objavila članak u kojem su promatrali rast jednoslojnih disulfida na podlozi van der Waalsovog tipa u uvjetima ultravisokog vakuuma. Razvili su jedinstvenu metodu sinteze u kojoj se u sklopu standardne molekulske epitaksije snopom (eng. Molecular Beam Epitaxy) koristi pirit kao elementarni izvor sumpora. Postignut je rast čistih, dobro orijentiranih jednoslojnih otoka MoS2, WS2, TaS2 s minimalnom količinom defekata. Korištenjem skenirajuće tunelirajuće mikroskopije te difrakcije elektronima niske energije sustavno su optimizirali rast kristala, pružili detaljan uvid u mehanizme rasta i istražili utjecaj dodatnog zagrijavanja uzoraka.

Posebnost ove metode jest njena univerzalnost jer se neznatnim promjenama parametara rasta postiže jednako kvalitetan rast više različitih disulfida. Korak dalje predstavlja i neovisnost o odabiru vdW podloge pa se tako uz grafen kao podlogu koristio i hekasgonski borov nitrid. Skenirajućom tunelirajućom spektroskopijom izmjeren je energijski procijep od 2.55 eV te, kao posljedica slabe interakcije kristalnih otoka s podlogom, otkrivena mogućnost njihove translacije uz pomoć skenirajuće probe.

IF Ⓒ 2017 Ndoc Deda