Forskere låser op for egenskaberne ved nyt 2D-materiale

Et nyt todimensionelt materiale er blevet en realitet, takket være et hold af danske og italienske videnskabsmænd.

Forskningen, ledet af fysikere ved Aarhus Universitet, lykkedes med den første eksperimentelle realisering og strukturelle undersøgelse af enkeltlags vanadiumdisulfid (VS ₂ ). Det er offentliggjort i dag i tidsskriftet 2-D materialer .

VS ₂ er en af ​​en forskelligartet gruppe af forbindelser kendt som transition metal dichalcogenides (TMD'er). Mange af disse kan antage en lagdelt krystalstruktur, hvorfra atomisk tynde krystallinske plader kan isoleres. De elektroniske egenskaber af enkeltatomlagskrystaller kan adskille sig på vigtige måder fra de lagdelte bulkkrystaller.

Hovedforfatter Dr. Charlotte Sanders fra Aarhus Universitet forklarede vigtigheden af ​​de nye resultater:"Teoretiske undersøgelser tyder på, at enkeltlags VS ₂ kan udvise meget interessant fysik, herunder magnetisme og stærke korrelationer. Det kan også være vært for ladningstæthedsbølgetilstande, ligesom bulk VS ₂ . Imidlertid, at lave VS2 er svært, og det enkelte lag er ikke blevet lavet med succes før nu.

"Faktisk, magnetisme i enkeltlagsmaterialer er først for nylig blevet observeret, og er stadig ret sjælden. Så, muligheden for, at dette materiale kan være magnetisk, er spændende."

For at lave det enkelte lag af VS ₂ , forskerne inddampede vanadium på en ren guldoverflade ved stuetemperatur. De opvarmede derefter prøven i nærværelse af svovlholdige molekyler, der reagerer med vanadium for at producere VS ₂ . Holdet målte egenskaberne af prøverne ved hjælp af lavenergi elektrondiffraktion, scanning tunneling mikroskopi, og røntgenfotoelektronspektroskopi.

Væsentligt, holdet opdagede også en ny og uforudset vanadiumsulfidforbindelse. De fleste 2D-materialer kan, i teorien (men ikke nødvendigvis i praksis), være afledt af bulk lagdelte krystaller. Imidlertid, der er intet 3D-materiale, der har lignende støkiometri og krystalstruktur som den nye forbindelses, som dannes, når enkeltlags VS ₂ udtømmes for svovl ved opvarmning.

I betragtning af de sandsynlige magnetiske egenskaber af beslægtede vanadiumforbindelser, det nye materiale kan være en anden kandidat til todimensionel magnetisme.

"Det nye materiales elektroniske struktur, sammen med mulige ladningstæthedsbølgefaser og magnetisk bestilling, skal udforskes, og et interessant åbent spørgsmål er, hvordan dets egenskaber adskiller sig fra støkiometrisk enkeltlags VS ₂ , " sagde Dr. Sanders.