Teamet identificerer tidligere uopdagede forskelle i korngrænser

Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP) inden for IBS har rapporteret resultater, der korrelerer flagesammenslåningsvinklen med korngrænsegenskaber (GBs), og bevist, at forøgelse af fusionsvinklen for GB'er drastisk forbedrer elektronstrømmen. Dette korrelerer med en stigning i bærermobilitet fra mindre end 1 cm ² V ^-1 s ^-1 for små vinkler, til 16 cm ² V ^-1 s ^-1 for vinkler større end 20 °. Papiret, berettiget, 'Misorienteringsvinkelafhængig elektrisk transport over molybdendisulfidkorngrænser' er offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Ifølge avisen, det er vigtigt at forstå GB's atomstrukturer for at kontrollere og forbedre elektriske transportegenskaber i både bulk- og lavdimensionelle materialer. Korngrænser er den retning, atomer er arrangeret i et materiale. For eksperimenterne foretaget af forskere ved CINAP, et monolags molybdendisulfid (MoS2) blev dyrket ved kemisk dampaflejring (CVD) og efterfølgende overført til et substrat af siliciumdioxid (SiO2). Holdets begrundelse for at bruge MoS ₂ er todelt:For det første det er en 2D halvleder, der har høj elektrisk ledningsevne og, afgørende, har en naturlig båndgap, som gør det muligt at slå den til og fra og; for det andet, korngrænserne er veldefinerede. Dette er altafgørende for vellykkede eksperimenter. Tidligere forskning fra Northwestern University fandt ud af, at GB'erne for MoS ₂ gav en unik måde at modulere modstand på; dette blev opnået ved at bruge et stort elektrisk felt til rumligt at modulere placeringen af ​​korngrænserne.

Resultaterne i det nordvestlige udgivet sidste år i Naturnanoteknologi , åbnet en vej for fremtidig forskning, men debatten om transportfysikken i GB er stadig i strid. Dette skyldes en stor ydelsesvariation fra enhed til enhed, dårlig mobilitet med enkelt domæne, og, mest vigtigt, en mangel på sammenhæng mellem transportegenskaber og GB -atomstrukturer i MoS ₂ forskning. CINAP -teamet, ledet af centerets direktør Young Hee Lee, overvandt disse forhindringer ved direkte at korrelere firesondetransportmålinger på tværs af enkelt GB med både højopløselig transmissionselektronmikroskopi (TEM) billeddannelse og beregninger af første principper. TEM er en mikroskopiteknik, hvorved en elektronstråle transmitteres gennem en ultratynd prøve, interagerer med prøven, når den passerer igennem. Et nøjagtigt atomskala billede dannes ud fra interaktionen mellem elektronerne transmitteret gennem prøven.

Identificering af korngrænser

GB'er i MoS2 -lagene blev identificeret, og områder uden tegn på rynker eller flerlag blev derefter valgt for at forhindre fejlfortolkninger. Fire-sonde transportmålinger blev derefter udført på substratet med overraskende resultater; ved måling af flakfejlretning på 8-20o, mobilitet steg fra meget mindre end 1 cm ² V ^-1 s ^-1 op til 16 cm ² V ^-1 s ^-1 . Over 20o felteffekt mobilitet mætter ved en 16cm ² V ^-1 s ^-1 afbrydelse inden for domænet. Dermed, GB mellem flager med en forkert orienteringsvinkel på 20-60 ^o vise bedre transportegenskaber.

Teamet har, som rapporteret i deres papir, "gav et mere samlet billede af forholdet mellem mobilitet, sammensmeltningsvinkel og atomistiske strukturer af GB'erne af monolag MoS ₂ . "Resultaterne giver praktiske forventninger til transportejendomme i storfilm, som i høj grad vil blive begrænset af den dårlige mobilitet på tværs af GB'er. Resultaterne opnået i dette arbejde gælder for andre lignende 2D -systemer, og bidrage til den grundlæggende forståelse af transport i halvledere.