Nye 2D-materialeegenskaber viser lovende

Man gennemførte en række teoretiske beregninger for at forudsige dens egenskaber ved hjælp af et massivt computercenter. Den anden dyrkede den i løs vægt, før den voksede dens atomtynde knurhår ved hjælp af klæbende tape.

Sammen, Kemikerne Xiao Cheng Zeng og Alexander Sinitskii fra University of Nebraska-Lincoln har påvist, at en forbindelse kaldet titantrisulfid kunne stige mod forkanten af ​​todimensionelle materialer, der vinder popularitet blandt designere af mikroelektronik.

Fremkomsten af ​​2-D materialer - ark, der ikke er mere end et par atomer tykke - begyndte med demonstrationen af ​​grafen i 2004, som forbliver det stærkeste og tyndeste materiale man kender.

Zeng og Sinitskii har offentliggjort to nylige undersøgelser, der viser, at titantrisulfid ikke kun sammenligner positivt med grafen, men også phosphoren og molybdændisulfid - andre 2-D-materialer, der har vist meget lovende for elektroniske applikationer.

"Der var ingen interesse for egenskaberne af få-lags titantrisulfid indtil nu, " sagde Zeng, en Ameritas University professor i kemi. "Vi var blandt de første til at se på dem, og vi har været meget begejstrede for det, vi har set."

Zengs teoretiske undersøgelse afslørede, at 2-D titantrisulfid har potentialet til at transportere elektroner hurtigere end phosphoren og molybdændisulfid. Denne "elektronmobilitet" hjælper med at diktere hastigheden af ​​transistorer, enheder, der styrer elektrisk strøm og forstærker elektrisk strøm i teknologi lige fra mobiltelefoner til rumfartøjer.

Transistorer udgør også kernen i halvledere, som hurtigt skifter mellem en strømledende "tændt"-tilstand og strømisolerende "slukket"-tilstand for at repræsentere 1'erne og 0'erne for digital databehandling.

Grafen kan prale af enestående ledningsevne, men mangler i høj grad den kvalitet, der kan slå det fra:et båndgab, som beskriver den energi, der er nødvendig for, at elektroner kan springe fra deres nære kredsløb omkring atomer til et ydre "ledningsbånd", der fremmer ledningsevnen.

Zeng og Sinitskii fandt ud af, at titantrisulfid har et moderat båndgab, der tilnærmer sig det, der findes i halvleders yndlingssilicium, hvilket gør den ideel til tænd/sluk-switch, der er værdsat i sådanne enheder. Materialet giver også en stor forskel mellem "on" og "off" betingelser, som hjælper med at skelne mellem resulterende 1'ere og 0'ere.

Materialets båndgab gør det også muligt at absorbere elementære partikler af lys kendt som fotoner fra det meste af solens emissionsspektrum. På grund af dette, titantrisulfid kan også vise sig nyttigt i solcelledesign, sagde Sinitskii.

Sinitskii, en adjunkt i kemi, fulgt op på Zengs teoretiske beregninger ved at kombinere titanium og svovl til en blok af titantrisulfid. Derefter brugte han selvklæbende tape til at rive mikroskopiske knurhår af stoffet af på samme måde, som pionererne inden for grafen gjorde med grafit for mere end ti år siden.

Sinitskii forvandlede disse knurhår til transistorer og instruerede præstationstestene, der bekræftede hans kollegas arbejde.

"Som teoretiker Jeg vil altid forudsige noget, " sagde Zeng. "Drømmen for os er, at nogen laver det i laboratoriet.

"Jeg kunne ikke lade være med at fortælle Alex. Han er en af ​​de førende eksperter i verden, når det kommer til at lave todimensionelle materialer, og han gjorde det bare et par måneder efter (jeg spurgte ham)."

Sinitskii sagde, at 2-D-forgængerne for titantrisulfid skulle hjælpe med at accelerere hans teams bestræbelser på at studere og forbedre det.

"Da folk begyndte at arbejde med enheder baseret på grafen, det første todimensionelle materiale, alt var nyt, " sagde han. "Forskere undersøgte, hvordan forskellige parametre påvirker enhedens ydeevne. Da de begyndte at arbejde på andre 2-D materialer, den viden, der blev genereret fra grafenforskning, var meget nyttig.

"I vores tilfælde, vi er faktisk i en ganske god position, fordi vi kan lære meget af de tidligere undersøgelser og anvende forudgående viden til at lave bedre transistorer ud fra titantrisulfid."

Zengs nylige undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition , blev skrevet sammen med postdoc-forsker Jun Dai. Forskerne udførte deres beregninger gennem UNL's Holland Computing Center.

Den Sinitskii-ledede undersøgelse dukkede op i tidsskriftet Nanoskala .