Reis Labor fügt metallic ‚Inseln‘ auf zweidimensionalen Halbleiter für die Elektronik

Durch die in die Quere, Fluoratome Hilfe ein zweidimensionales Material aus einem Halbleiter in einer Art und Weise zu einem Metalltransformieren, die für die Elektronik und andere Anwendungen äußerst nützlich sein könnten,. Eine Studie unter Leitung von Reis Materialwissenschaftler Pulickel Ajayan und führt Autor Sruthi Radhakrishnan Details ein neues Verfahren Wolframdisulfid von einem Halbleiter zu einem metallischen Zustand zu verwandeln.

Andere Labors haben die Transformation durch Hinzufügen von Elementen zu dem Material erreicht - ein Verfahren, wie Doping bekannt - aber die Änderung noch nie stabil. Tests und Berechnungen an Reis zeigten Schleusen Wolframdisulfid im Neuzustand Fluorieren, welche einzigartige optische und magnetische Eigenschaften.

Die Forscher stellten fest, auch die Wirkung der Transformation auf dem Material des tribologischen Eigenschaften – ein Maß für die Reibung, Schmierung und Verschleiß. Zusamenfassend, Zugabe von Fluor macht bei Raumtemperatur das Material rutschig.

Die Arbeit des Labors wird ausführlich in Fortgeschrittene Werkstoffe.

Wolframdisulfid ist ein Übergangsmetall Dichalcogenid (TMD), ein Atom dicke Halbleiter. Im Gegensatz zu Graphen, welches ein flaches Gitter von Kohlenstoffatomen, eine TMD umfasst zwei Elemente, ein ein Übergangsmetall Atom (in diesem Fall, Wolfram) und der andere (Schwefel) ein Chalkogen. Das Material ist nicht streng flach; die Übergangsmetallschicht zwischen dem Chalkogen sandwichartig, ein dreischichtige Gitter bilden.

TMDs sind potentielle Bausteine ​​mit anderen 2D-Materialien für die Energiespeicherung, Elektrokatalyse und Schmierung, alle sind durch die jetzt stabile Phasenumwandlung beeinflusst.

Da Fluoratome sind viel kleiner als der 0,6-nm-Raum zwischen den Schichten von Wolfram und Schwefel, sagten die Forscher die invasiven Atom ihren Weg zwischen, Störung des geordneten Gitter des Materials. Das Fluor kann die Schwefel Ebenen auf diese Weise gleiten, oder dass, und die sich ergebende Handel von Elektronen zwischen dem Fluor und Schwefel erklärt auch die einzigartigen Eigenschaften.

Fluoridierung Disulfid zweidimensionaler Wolfram fügt metallische Inseln zu dem synthetischen Halbleiter, zusammen mit einzigartigen optischen und magnetischen Eigenschaften, nach Ansicht der Forscher an der Rice University. Mit freundlicher Genehmigung der Ajayan Research Group

„Es war sicherlich eine große Überraschung. Wenn wir diese Arbeit begonnen, eine Phasenumwandlung der Letzte war, was wir zu sehen, zu erwarten.“, sagte Radhakrishnan, ein ehemaliger Doktorand in Ajayan Labor und jetzt ein Modul-Ingenieur bei Intel Corp. in Hillsboro, Erz.

„Es ist wirklich überraschend, dass die Reibungseigenschaften von fluorierten Wolframdisulfid aus dem fluorierten Graphen ganz verschieden sind, die vor suchte,“, Sagte Co-Autor Tobin Filleter, ein Associate Professor für Maschinenbau an der University of Toronto. „Das ist eine Motivation ähnliche 2D-Materialien zu studieren so interessantes Verhalten zu erforschen.“

Die Forscher sagten, Fluor erscheint, nicht nur die Bandlücke zu verringern und das Material leitfähig machen, sondern auch bewirkt, dass Defekte, die metallisch „Inseln“ entlang der Materialoberfläche erzeugen, die auch paramagnetischen und ferromagnetische Eigenschaften aufweisen. „Diese Regionen von metallischen Wolframdisulfid sind magnetisch und sie miteinander interferieren, Erstellen interessante magnetische Eigenschaften,“Radhakrishnan sagte.

Des Weiteren, weil Fluoratome sind elektrisch negativen, sie sind auch der Änderung der Elektronendichte benachbarter Atome im Verdacht. Das ändert sich das Material des optischen Eigenschaften, so dass es ein Kandidat für die Sensorik und Katalyse-Anwendungen. Radhakrishnan schlug die Materialien auch in ihrer metallischen Phase als Elektroden für Superkondensatoren und andere Energiespeicheranwendungen nützlich sein können,.

Radhakrishnan die unterschiedlichen Konzentrationen an Fluor, den Anteil der Änderung an der metallischen Phase verändern, aber die Änderung stabil blieb in allen drei Konzentrationen das Labor untersucht.

„Die Phasenumwandlung, Änderung der Eigenschaften mit Funktionalisierung durch Fluor und seine magnetischen und tribologischen Veränderungen sind sehr spannend,“Ajayan sagte. „Dies kann zu anderen 2D-Schichtmaterialien erweitert werden, und ich bin sicher, dass es einige faszinierende Anwendungen eröffnen.“

Co-Autoren des Papiers sind Deya Das und Abhishek Singh des Indian Institute of Science; Liangzi Deng und Paul Chu, ein Professor für Physik an der University of Houston; Filleter, Parambath Sudeep und Guillaume Colas von der University of Toronto; Sadegh Yazdi von der University of Colorado, Felsblock; Reis Alumnus Chandra Sekhar Tiwary des Indian Institute of Technology Kharagpur; und Doktorand Carlos de los Reyes und Angel Martí, Associate Professor für Chemie, Biotechnik und Materialwissenschaft und Nanotechnik, von Reis.

Quelle: news.rice.edu, von Mike Williams