二硫化钼世界上最薄的半导体

  开拓新的研究在哥伦比亚大学，科学家们已经长大高品质的晶体，二硫化钼（MOS ），是世界上最薄的半导体，并研究如何将这些晶体在原子尺度缝合在一起形成连续纸。通过美丽的图像惊人地对称恒星和三角形数百微米的，他们已经发现了这种 新材料的光学和电子特性，它可以是导电或绝缘形成基本的“通断开关”所有数字的关键洞察电子产品。这项研究发表在2013年，5月5日发行的“ 自然材料“（“五谷和晶界的高度结晶的单层二硫化钼”）。
“我们的研究是第一个系统地研究哪些缺陷导致从这些大增长，并调查这些缺陷如何改变其属性，说：” 在哥伦比亚工程，谁领导了这项研究，机械工程教授詹姆斯磨练。“我们的研究结果将有助于开发如何使用这种新材料在原子薄的电子产品，将成为全新一代的革命 性产品，如柔性太阳能电池，符合人体的汽车不可或缺的组成部分。”
这种多学科的协作，由能源前沿研究中心在哥伦比亚大学与康奈尔大学Kavli研究所集中在纳米科学，因为其潜在的高效，灵活的太阳能电池创造任何东西，从 触摸屏贴合的二硫化钼。早期的工作表明，从哥伦比亚单层MOS 2有别于散装形式的电子结构，研究人员正在探索其他原子薄的金属二硫属化物，它应该有同样有趣的性质兴奋。MoS 2的是一类材料称为过渡金属二硫属化物，它可以是金属，半导体，电介质，超导体。
“这种材料是最新的二维晶体越来越多的家庭，”阿伦德范德赞德说，在哥伦比亚能源前沿研究中心研究员，该论文的主要作者之一。“石墨烯，一个单一的片材的 碳原子，是我们所知道的最薄的电导体。单层二硫化钼等金属二硫属化物的加入，我们都必须建立在原子薄的形式为现代电子积木。例如，我们现在可以想像夹两种 不同的单层石墨烯层之间的过渡金属二硫属化物，让太阳能电池，是只有8个原子厚20万次小于人的头发！“
直到去年，大多数的实验研究MOS 2通过这一过程被称为机械剥离，只生产样品只有几微米大小。“虽然这些微小的标本罚款科学研究”，一博士在磨练的实验室和其他主要作者丹尼尔·舍内指出， “他们实在太小了，使用任何技术应用。搞清楚如何大规模种植这些材料是至关重要的。“
要研究的材料中，研究人员高雅的现有技术大，对称的晶体生长到100微米，但只有三个原子厚。“如果我们能够扩大这些晶体一张保鲜膜的厚度，这将是大到足 以覆盖一个足球领域的博士生大卫，它不会有任何原子错位，说：“黄Pinshane 穆勒在康奈尔实验室和纸张的第三个主要作者。
在许多应用中使用，这些晶体需要被连接在一起成连续纸像一床被子补丁。的结晶，称为晶界之间的连接可以是重要的，因为在确定材料的性能进行了大规模的晶体 本身。“晶界变得很重要，说：”任何技术磨练。“说，例如，我们想使太阳能电池。现在，我们需要有米的这种材料，而不是微米，这意味着将有成千上万的晶 界。我们需要了解他们做了什么，让我们可以控制他们。“
该研究小组利用原子高分辨电子显微镜研究这种材料的晶界，看到行错位原子。一旦他们知道在哪里可以找到的晶界，他们看起来像什么，球队可以研究一个单一的 晶界上的属性的MOS 2的效果。要做到这一点，他们建立了微小的晶体管，在所有的电子产品中最基本的组成部分，出来的结晶，看到原子在晶界上的单一的，有缺陷的线路，可以彻底 改变的关键电子和光学特性的MOS 2。
“我们已经取得了很大的进步，在这个新的'奇迹'纳米材料的控制生长和正在开发的技术，将其整合到了许多新的技术，”霍恩说。“我们才刚刚开始触及问题的 表面，这些材料和他们的属性是什么，我们可以做什么。例如，我们可以很容易地从生长衬底去除这种材料，并将其转移到任意表面上，这使我们能够将它集成到规 模化，柔性电子产品和太阳能电池。“
所有的晶体合成，光学测量，电子测量和理论的研究小组在哥伦比亚工程。的成长和磨练机械工程实验室电气测量，光学测量托尼·海因茨在物理实验室进行。进行 结构建模和电子结构计算在化学，由大卫赖希曼实验室。大卫米勒实验室的电子显微镜是由原子成像专家，康奈尔大学应用​​与工程物理学院，在康奈尔大学 Kavli研究所纳米科学。