Epitaksialt dyrket molybdænoxid udvikler sig som et bulk-lignende 2-D dielektrisk lag

Siden den vellykkede isolering af grafen fra bulkgrafit, bemærkelsesværdige egenskaber ved grafen har tiltrukket mange forskere til det helt nye forskningsfelt for 2D-materialer. Imidlertid, trods fremragende bærermobilitet af grafen, direkte anvendelse af grafen til felteffekttransistorer er alvorligt hæmmet på grund af dens spalteløse båndstruktur. Alternativt halvledende overgangsmetal dichalcogenider (TMDC'er) er blevet fokuseret intensivt i løbet af det sidste årti. Imidlertid, bred båndgab 2-D materialer med> 3 eV har været påkrævet for UV-relaterede optoelektroniske enheder, kraftelektronik, og dielektriske lag.

En af de lovende kandidater er overgangsmetaloxider (TMO'er), som har et stort båndgab, strukturel mangfoldighed, og afstembare fysiske/kemiske egenskaber. Alligevel, den skalerbare vækst af atomisk tynde TMO'er forbliver udfordrende indtil nu, da den er meget tilbøjelig til gitter-mismatch-belastning og stærk substratklemning under vækst.

For nylig, forskerholdet ledet af prof. Gwan-Hyung Lee fra Seoul National University overvandt problemet ved at anvende van der Waals (vdW) epitaksial vækstmetode. Forskerholdet rapporterede en ny metode til skalerbar vækst af orthorhombisk molybdænoxid (α-MoO) ₃ ) nanoark på grafensubstratet. Et vigtigt spørgsmål i dette arbejde er, hvad effekten af ​​tykkelse på de elektriske og fysiske egenskaber er. For at finde ud af dette, omfattende atomkraftmikroskopi (AFM) undersøgelser blev udført for at udforske strukturelle og elektriske egenskaber af MoO ₃ lag med forskellig tykkelse.

Interessant nok, AFM-undersøgelse afslørede, at MoO ₃ nanoark bevarer bulk-lignende strukturelle og elektriske egenskaber, selv når MoO ₃ nanoark er tykkere end 2 - 3 lag (1,4 - 2,1 nm i tykkelse).

Især, tykkelsesfølsomheden af ​​friktionen er meget lille sammenlignet med andre sekskantede 2-D materialer. Dette spændende resultat tilskrives de fordoblede oktaedriske planer af monolag MoO ₃ med usædvanlig lille interatomisk adskillelse. Derudover arbejdsfunktion og dielektrisk konstant er også tykkelsesuafhængige, sammen med invariant elektronisk båndstruktur uanset tykkelsen. Udover, holdet viste, at MoO ₃ nanoplader opnår et stort strømgab og høj dielektrisk konstant, understreger, at MoO ₃ kan bruges som lovende 2-D dielektriske materialer.