Overgangsmetal dichalcogenider bliver svagere, når tykkelsen falder

En ny undersøgelse offentliggjort for nylig i Avancerede materialer afslører, at MoSe ₂ , et fremtrædende materiale af overgangsmetal dichalcogenides (TMD'er) familien, mister relativ stivhed, når dens tykkelse reduceres. Dette arbejde blev udført af forskere fra Adam Mickiewicz University (AMU) i Poznan (Polen) og ICN2, under koordinering af Dr. Bartlomiej Graczykowski og Dr. Klaas-Jan Tielrooij, henholdsvis.

Siden opdagelsen af ​​grafen, et materiale så tyndt som et enkelt lag af atomer, en lang række nye 2D-materialer er blevet fremstillet og undersøgt. Den generelle forventning er, at hvad angår grafen, sådanne materialers mekaniske egenskaber er overlegne i forhold til deres bulkmodstykker. Imidlertid, dette er ikke tilfældet for molybdændiselenid (MoSe ₂ ), et af de mest attraktive medlemmer af overgangsmetal dichalcogenides (TMD) familien, som tværtimod bliver mere og mere blødere, når de gøres tyndere.

Disse resultater, som modsiger den almindelige antagelse om, at relativ mekanisk styrke stiger på nanoskala, blev rapporteret i et papir for nylig offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer . Undersøgelsen blev koordineret af Dr. Bartlomiej Graczykowski, fra Adam Mickiewicz University (AMU) i Poznan (Polen), og Dr. Klaas-Jan Tielrooij, leder af gruppen ICN2 Ultrafast Dynamics in Nanoscale Systems. "Vores resultater er ekstraordinære, da de tydeligt viser en progressiv blødgøring af MoSe ₂ samtidig med at dens tykkelse reduceres fra bulk til tre molekylære lag, " forklarer Visnja Babacic, Ph.D. studerende på AMU og førsteforfatter til papiret.

Forskerholdet var i stand til at studere de elastiske egenskaber af forskellige prøver af MoSe ₂ , af gradvist tyndere dimensioner, ved hjælp af en teknik kaldet mikro-Brillouin lysspredning. Denne kontaktløse og ikke-destruktive analysemetode bruger lysets interaktion med vibrationer i materialet (akustiske bølger i gigahertz-regimet) til at udtrække information om dets mekaniske egenskaber. "Det er en mere pålidelig og måske mere nyttig teknik end traditionelle kontaktmetoder, da den kan give både mekanisk information og tykkelsesværdier af membranerne, " siger Dr. Bartolomej Graczykowski, leder af projektet på AMU. Den samme tilgang kunne også bruges til at studere andre van der Waals (vdW) materialer.

Denne elastiske blødgøring af materialet, når prøvens tykkelse formindskes, kaldet elastisk størrelse effekt, har dybtgående implikationer for design og udvikling af nanoenheder, såsom nanomekaniske resonatorer til sensorer, hvor mekaniske egenskaber er afgørende for deres holdbarhed og robuste ydeevne. "Resultaterne af vores undersøgelse er også yderst relevante for relaterede forskningsfelter, såsom termisk transport i nanoskala, elektronik, eller resonatorer, der anvender vdW-materialer, " siger Dr. Klaas-Jan Tielrooij, leder af projektet på ICN2.