Forskere udviklede en universel dual metal precursor-metode til at dyrke ikke-lagdelte 2D-materialer

Todimensionelle overgangsmetalchalcogenider (2D TMC'er) har vakt stor interesse på grund af deres rigelige materialevalg og mulige anvendelse inden for mange områder som elektronik og optoelektronik. Som et supplement til de bredt undersøgte lagdelte TMC'er (f.eks. MoS₂ ), ikke-lags TMC'er er unikke. De udviser umættede dinglende bindinger på overfladen og stærk intralag- og mellemlagsbinding.

Indtil videre - begrænset af etablerede fremstillingsmetoder - forblev undersøgelserne af disse ikke-lagdelte TMC-materialer hovedsageligt på bulks eller polykrystallinske film, hvilket forhindrede udforskningen af ​​deres fysiske karakteristika og egenskaber ved 2D-tykkelsesgrænsen. I et nyligt papir offentliggjort i Science Bulletin , en gruppe ledet af Profs. Bilu Liu og Hui-Ming Cheng fra Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute (TBSI) fra Tsinghua University og Profs. Junhao Lin og Yue Zhao fra Southern University of Science and Technology har udviklet en ny dual-metal precursor-metode, som realiserer den kontrollerbare vækst af forskellige ikke-lagdelte 2D TMC'er, herunder Fe_1-x S, Fe_1-x Se, Co_1-x S, Cr_1-x S og V_1-x S.

I denne dobbeltmetalvækstmetode blev blandingen af ​​metalchlorid med lavt smeltepunkt og det tilsvarende metalpulver med højt smeltepunkt anvendt som forstadier til dobbeltmetal. Under gasfasereaktionsprocessen blev fordampningshastigheden godt kontrolleret for at give en konstant metalkildetilførsel og lette væksten af ​​ikke-lags 2D TMC'er med tynd tykkelse. Tager sekskantet Fe_1–x S som et eksempel er tykkelsen ned til 3 nm med en lateral størrelse op til>100 μm.

Takket være den ultratynde natur og flade overflade af de opnåede flager, strukturen og transportadfærden af ​​Fe_1-x S ved 2D-tykkelsesgrænsen blev målt ved første gang. Avancerede mikroskopiske inspektioner viser, at der findes ledige kationer i den ikke-lagdelte TMC-familie. I skarp kontrast er anion-vacances (S, Se og Te) velkendte dominerende punktdefekter i almindelige lagdelte TMC'er som MoS₂ . Transportmålinger ved lav temperatur og teoretiske beregninger afslører, at 2D Fe_1–x S er en halvleder med et smalt båndgab på 20–60 meV. Sammenlignet med andre 2D-materialer med smal båndgab som 1T'-MoTe₂ og sort fosfor, 2D Fe_1–x S viser bedre luftstabilitet og termisk stabilitet. Dette arbejde løser i det væsentlige problemet med at dyrke ultratynde ikke-lagsmaterialer og giver således materialegrundlag for både grundlæggende undersøgelse og anvendelser af disse nye familier af ikke-lagdelte 2D-materialer. + Udforsk yderligere

Luftstabilitet af natriumbaserede lagdelte oxidkatodematerialer