Forskere blander dækket for at skabe materialer med ny kvanteadfærd

Lagdelte overgangsmetal dichalcogenider eller TMDC'er - materialer sammensat af metal nanolag klemt mellem to andre lag af chalcogener - er blevet ekstremt attraktive for forskersamfundet på grund af deres evne til at eksfoliere til 2-D enkeltlag. Svarende til grafen, de bevarer ikke kun nogle af bulkmaterialets unikke egenskaber, men også demonstrere direkte-gab halvledende adfærd, fremragende elektrokatalytisk aktivitet og unikke kvantefænomener såsom ladningsdensitetsbølger (CDW).

Generering af komplekse multi-princip element TMDC'er afgørende for den fremtidige udvikling af nye generationer af kvante, elektronisk, og energikonverteringsmaterialer er vanskelige.

"Det er relativt enkelt at lave et binært materiale af én type metal og én type kalkogen, " sagde Ames Laboratory Senior Scientist Viktor Balema. "Når du prøver at tilføje flere metaller eller chalcogener til reaktanterne, at kombinere dem til en ensartet struktur bliver udfordrende. Man mente endda, at legering af to eller flere forskellige binære TMDC'er i et enkeltfaset materiale er absolut umuligt."

For at overvinde denne forhindring, postdoc-forsker Ihor Hlova brugte kugleformning og efterfølgende reaktiv fusion til at kombinere sådanne TMDC'er som MoS ₂ , WSe ₂ , WS ₂ , TaS ₂ og NbSe ₂ . Kuglefræsning er en mekanokemisk proces, der er i stand til at eksfoliere lagdelte materialer til enkelt- eller fålags nanoplader, der yderligere kan genoprette deres flerlagsarrangementer ved omstabling.

"Mekanisk behandling behandler binære TMDC'er som at blande to separate sæt kort, sagde Balema. "De er omorganiseret til at danne 3-D-heterostrukturerede arkitekturer - et hidtil uset fænomen, der først blev observeret i vores arbejde."

Opvarmning af de resulterende 3-D-heterostrukturer bringer dem til kanten af ​​deres stabilitet, omorganiserer atomer inden for og mellem deres lag, resulterer i enkeltfasede faste stoffer, der igen kan eksfolieres, eller skrællet i 2-D enkeltlag svarende til grafen, men med deres egne, unikke afstembare egenskaber.

"Foreløbig undersøgelse af egenskaber hos kun få, tidligere utilgængelige forbindelser, viser sig lige så spændende, som syntetiske resultater er, " tilføjer Ames Laboratory Senior Scientist og Distinguished Professor of Materials Science and Engineering Vitalij Pecharsky. "Meget sandsynligt, vi har netop åbnet døre til den helt nye klasse af finjusterbare, kvantestof."