Forskere i stand til at se faseovergange i 2D-halvledere ved hjælp af STEM

(Phys.org) – Et team af forskere med medlemmer fra Japan, Taiwan og Schweiz har opdaget, at det er muligt at se en faseovergang ske i et 2D-halvledende materiale ved hjælp af et scanningstransmissionselektronmikroskop (STEM). I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi beskriver deres forskning og resultater, holdet skitserer, hvordan de brugte mikroskopet til at se, da en prøve af den direkte båndgap-halvleder molybdænsulfid undergik et faseskift.

En evne til at faseskifte mellem metalliske egenskaber og en halvleder er en vigtig egenskab ved et materiale - en som videnskabsmænd gerne vil forstå bedre. Indtil nu har dog forskere måtte udlede noget af det, der sker, når et materiale gennemgår et faseskift, fordi de faktisk ikke kunne se det, som det skete. I denne nye indsats, forskerne viser, at det er muligt direkte at se et faseskift ved at gøre det med en prøve af molybdænsulfid. Ved at gøre sådan, de har opdaget, at atom-for-atom-bevægelser er en del af skiftet, snarere end fuldstændige skift af et kollektiv. Forskerne foreslår, at deres observationer antyder udsigten til at skabe lagdelte 2D-halvledere "i lag" snarere end som en række trin, hvor et materiale er lagt over et andet. Det ville give mulighed for at skabe strukturer med præcision i atomær skala.

Molybdænsulfid er polymorf - det kan fungere som enten et metal eller en halvleder, afhængig af hvor meget varme der er til stede. Endnu bedre kan de to faser bringes til at konvertere indbyrdes ved hjælp af intralags atomplanglidning, (en tværgående forskydning af et af materialerne på tværs af det andet), selvom det aldrig var blevet set i virkeligheden. Som en del af deres forskning, holdet optrådte in situ flyveflyvning, mens du ser med STEM, give dem et hidtil uset syn på, hvad der faktisk sker, når sådanne faseskift sker. Faseforskydningen med molybdænsulfidprøven skete på grund af varmen, der blev udøvet af STEM'et selv. De foreslår, at en sådan teknik også kan bruges til at inducere faseskift i andre 2D-materialer.

Forskerne rapporterer også, at de allerede har brugt det, de har lært, til at skabe flere prototype nanoenheder - hvoraf den ene udfører funktionerne som en Schottky-diode.

© 2014 Phys.org