Gennembrud inden for forskning i produktion af 2-D krystaller med fremragende optiske egenskaber

For første gang, monolag af overgangsmetal dichalcogenider med fremragende optiske egenskaber blev dyrket. Et hold fysikere fra universitetet i Warszawa formåede at overvinde de tekniske vanskeligheder, som industri og videnskabsmænd fra hele verden står over for - nemlig den meget begrænsede størrelse, heterogenitet, og udvidelse af spektrallinjerne i fremstillede materialer. Monolag uden disse defekter blev dyrket ved molekylær stråleepitaksi på atomisk flade bornitridsubstrater.

Todimensionelle krystaller med en bikagestruktur, inklusive den berømte grafen, har allerede revolutioneret nanovidenskab og har potentialet til at revolutionere almindelige teknologier, såvel. Derfor, det er yderst ønskeligt at udvikle metoder i industriel skala til deres produktion.

Imidlertid, på trods af betydelige investeringer i udviklingen af ​​vækstteknikker til atomisk tynde krystaller, monolag af den bedste kvalitet opnås stadig ved brug af eksfoliering, dvs. på grund af den mekaniske løsrivelse af individuelle atomlag fra bulkkrystallen. For eksempel, grafenflager eksfolieret fra bulkgrafit udviser overlegne elektriske egenskaber sammenlignet med dyrket grafen. I modsætning, størrelsen af ​​de mekanisk eksfolierede monolag er ret lille.

Tilsvarende optiske egenskaber af todimensionelle overgangsmetal-dichalcogenider (f.eks. molybdændiselenid) er kun fuldt ud afsløret for lag opnået som følge af eksfoliering og efter at have været udsat for yderligere mekanisk behandling. såsom at placere dem mellem lag af bornitrid. Imidlertid, som allerede nævnt, denne teknik fører ikke til atomisk tynde krystaller i større skala, resulterer i heterogenitet, begrænset størrelse, og endda til udseendet af korrugeringer, bobler, og uregelmæssige kanter.

Derfor, det er afgørende at udvikle en teknik til dyrkning af todimensionelle overgangsmetal-dichalcogenider, som vil muliggøre produktion af monolag med et stort overfladeareal. I øjeblikket, en af ​​de mest avancerede teknologier til fremstilling af tynde halvlederkrystaller er molecular beam epitaxy (MBE). Det giver lavdimensionelle strukturer på store wafere, med høj homogenitet, men dets effektivitet i produktionen af ​​overgangsmetal-dichalcogenider har hidtil været meget begrænset. I særdeleshed, de optiske egenskaber af MBE dyrkede monolag har hidtil været ret beskedne, f.eks. spektrallinjer har været brede og svage, viser ringe udsigt til brugen af ​​de spektakulære optiske egenskaber af overgangsmetal dichalcogenider i større skala.

Det er på dette område, at forskere fra Det Fysiske Fakultet ved Warszawa Universitet fik et gennembrud. I samarbejde med flere laboratorier fra Europa og Japan, de gennemførte en række undersøgelser af væksten af ​​overgangsmetal dichalcogenides monolag på et atomisk fladt bornitridsubstrat. På denne måde ved hjælp af MBE-metoden, de fik flade krystaller, i størrelse med underlaget, viser ensartede parametre over hele overfladen, inklusive - mest værdifuldt - fremragende optiske egenskaber.

Resultaterne af arbejdet er netop blevet offentliggjort i det seneste bind af det prestigefyldte tidsskrift Nano bogstaver . Opdagelsen styrer fremtidig forskning i industriel produktion af atomisk tynde materialer. I særdeleshed, det indikerer behovet for at udvikle større atomært flade bornitridskiver. På sådanne oblater, det vil være muligt at dyrke monolag med den optiske kvalitet, dimensioner, og homogenitet, der kræves til optoelektroniske applikationer.