Wpływ defektów na właściwości MoS2

Wpływ defektów na właściwości MoS2

Naukowcy z Centrum Zintegrowanej Fizyki Nanostruktury wykazali, że defekty w monowarstwowym dwusiarczku molibdenu (MoS2) wykazują przełączanie elektryczne, zapewniając nowy wgląd w właściwości tego materiału. Ponieważ MoS2 jest jednym z najbardziej obiecujących półprzewodników 2D, oczekuje się, że wyniki te przyczynią się do jego przyszłego wykorzystania w optoelektronice.

Defekty mogą powodować duże zmiany we właściwościach materiału, prowadząc do niepożądanych efektów. Na przykład przemysł petrochemiczny od dawna wykorzystywał aktywność katalityczną MoS2, charakteryzującego się wysoką koncentracją defektów, do syntezy produktów ropopochodnych o zmniejszonej emisji dwutlenku siarki (SO2). Z drugiej strony, posiadanie nieskazitelnego materiału jest koniecznością w elektronice. Obecnie krzem rządzi branżą, ponieważ można go przygotować praktycznie bez wad. W przypadku MoS2 jego przydatność do zastosowań elektronicznych jest obecnie ograniczona przez obecność naturalnie występujących defektów. Jak dotąd precyzyjne powiązanie pomiędzy tymi wadami a właściwościami MoS2 pozostawało kwestią otwartą.

W zespole IBS naukowcy pracowali, aby zbadać właściwości elektronowe w monowarstwach MoS2, stosując kombinację mikroskopii sił atomowych (AFM) i analizy szumu. Wykorzystali oni metalową końcówkę AFM do pomiaru sygnału szumu, tj. zmiany prądu elektrycznego przechodzącego przez pojedynczą warstwę MoS2 umieszczoną na metalowym podłożu.

Najczęstszymi defektami w MoS2 są przypadki braku pojedynczych atomów siarki, znane również jako monoszczeliny siarki. W doskonałej próbce każdy atom siarki ma dwa elektrony walencyjne, które wiążą się z dwoma elektronami molibdenu. Jednak w przypadku braku atomu siarki te dwa elektrony molibdenu pozostają niesparowane, określając stan neutralny (stan 0) defektu. Jednakże zespół zaobserwował w swoich pracach szybkie zdarzenia, wskazujące na możliwość przejścia między stanem neutralnym a naładowanym (-1).

"Przełączanie między 0 a -1 odbywa się w sposób ciągły, podczas gdy elektron znajduje się na chwilę w pustce, „nie ma" go w prądzie, więc obserwujemy spadek" - wyjaśnia Michael Neumann, jeden z pierwszych autorów badania. "To znacznie ułatwia zrozumienie znanych anomalii MoS2". Zgodnie z eksperymentami i wcześniejszymi obliczeniami, dwa elektrony mogą być również uwięzione w wakacie (stan -2), ale nie wydaje się, aby był on energetycznie faworyzowany.

"Badania te otwierają możliwości opracowania nowego urządzenia do nanospektroskopii szumowej, zdolnego do mapowania jednego lub więcej defektów w skali nano na szerokim obszarze materiału 2D" - podsumowuje inny autor Young Hee Lee.

(KB)