Laboratorium ryżu dodaje metaliczne „wyspy” do dwuwymiarowego półprzewodnika dla elektroniki

Wchodząc sobie w drogę, atomy fluoru pomagają dwuwymiarowemu materiałowi przekształcić się z półprzewodnika w metal w sposób, który może być bardzo przydatny w elektronice i innych zastosowaniach. Badanie przeprowadzone przez naukowca zajmującego się materiałami ryżowymi, Pulickela Ajayana i głównego autora Sruthi Radhakrishnan, szczegółowo opisuje nową metodę przekształcania dwusiarczku wolframu z półprzewodnika w stan metaliczny.

Inne laboratoria osiągnęły transformację, dodając pierwiastki do materiału – proces znany jako doping – ale zmiana nigdy wcześniej nie była stabilna. Testy i obliczenia w firmie Rice wykazały fluorowanie dwusiarczku wolframu w nowym stanie, który ma unikalne właściwości optyczne i magnetyczne.

Naukowcy zauważyli również wpływ transformacji na materiał trybologiczny właściwości — miara tarcia, smarowanie i zużycie. W skrócie, dodanie fluoru sprawia, że ​​materiał staje się bardziej śliski w temperaturze pokojowej.

Praca laboratorium jest szczegółowo opisana w Zaawansowane materiały.

Dwusiarczek wolframu to A dichalkogenek metalu przejściowego (TMD), półprzewodnik o grubości atomu. W przeciwieństwie do grafenu, który jest płaską siecią atomów węgla, TMD zawiera dwa elementy, jeden a metal przejściowy atom (w tym przypadku, wolfram) i inni (nanometr długości) a chalkogen. Materiał nie jest ściśle płaski; warstwa metalu przejściowego jest umieszczona pomiędzy chalkogenem, tworząc trójwarstwową siatkę.

TMD to potencjalne elementy składowe z innymi materiałami 2D do magazynowania energii, elektrokataliza i smarowanie, na wszystkie z nich ma wpływ stabilna teraz przemiana fazowa.

Ponieważ atomy fluoru są znacznie mniejsze niż odległość 0,6 nanometra między warstwami wolframu i siarki, naukowcy stwierdzili, że inwazyjne atomy torują sobie drogę pomiędzy, zaburzając uporządkowaną siatkę materiału. Fluor pozwala samolotom siarkowym szybować w tę lub inną stronę, a wynikający z tego handel elektronami między fluorem a siarką również odpowiada za wyjątkowe właściwości.

Fluoryzacja dwuwymiarowego dwusiarczku wolframu dodaje metaliczne wyspy do syntetycznego półprzewodnika, wraz z unikalnymi właściwościami optycznymi i magnetycznymi, według naukowców z Rice University. Dzięki uprzejmości Ajayan Research Group

„To z pewnością było duże zaskoczenie. Kiedy rozpoczęliśmy tę pracę, przemiana fazowa była ostatnią rzeczą, jakiej się spodziewaliśmy”. powiedział Radhakrishnan, były absolwent w laboratorium Ajayana, a obecnie inżynier modułów w firmie Intel Corp. w Hillsboro, Kruszec.

„To naprawdę zaskakujące, że charakterystyka tarcia fluorowanego dwusiarczku wolframu jest zupełnie inna niż fluorowanego grafenu, który badano wcześniej,” powiedział współautor Tobin Filleter, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie w Toronto. „Jest to motywacja do badania podobnych materiałów 2D w celu zbadania tak interesującego zachowania”.

Naukowcy stwierdzili, że fluor nie tylko zmniejsza pasmo wzbronione i sprawia, że ​​materiał jest bardziej przewodzący, ale także powoduje defekty, które tworzą metalowe „wyspy” wzdłuż powierzchni materiału, które również wykazują właściwości paramagnetyczne i ferromagnetyczne. „Te obszary metalicznego dwusiarczku wolframu są magnetyczne i interferują ze sobą, tworząc interesujące właściwości magnetyczne,- powiedział Radhakrishnan.

Dalej, ponieważ atomy fluoru są elektrycznie ujemne, podejrzewa się je również o zmianę gęstości elektronowej sąsiednich atomów. Zmienia to właściwości optyczne materiału, co czyni go kandydatem do zastosowań w wykrywaniu i katalizie. Radhakrishnan zasugerował, że materiały mogą być również przydatne w fazie metalicznej jako elektrody do superkondensatorów i innych zastosowań związanych z magazynowaniem energii.

Radhakrishnan powiedział, że różne stężenia fluoru zmieniają proporcję zmian w fazie metalicznej, ale zmiana pozostała stabilna we wszystkich trzech stężeniach badanych przez laboratorium.

„Przemiana fazowa, zmiany właściwości z funkcjonalizacją fluoru oraz jego zmiany magnetyczne i tribologiczne są bardzo ekscytujące,- powiedział Ajay. „Można to rozszerzyć na inne materiały warstwowe 2D i jestem pewien, że otworzy to kilka urzekających zastosowań”.

Współautorami artykułu są Deya Das i Abhishek Singh z Indian Institute of Science; Liangzi Deng i Paul Chu, profesor fizyki na Uniwersytecie w Houston; Podsadzkarz, Parambath Sudeep i William Colas; Sadegh Yazdi z University of Colorado, Otoczak; Absolwent Rice Chandra Sekhar Tiwary z Indian Institute of Technology Kharagpur; oraz doktorant Carlos de los Reyes i Angel Martí, profesor nadzwyczajny chemii, bioinżynieria i materiałoznawstwo oraz nanoinżynieria, Ryżu.

Źródło: wiadomości.ryż.edu, przez Mike'a Williamsa