Laboratorul de orez adaugă „insule” metalice semiconductorilor bidimensionali pentru electronice

Punând în cale, Atomii de fluor ajută un material bidimensional să se transforme dintr-un semiconductor într-un metal într-un mod care ar putea fi foarte util pentru electronică și alte aplicații. Un studiu condus de cercetătorul de materiale Rice Pulickel Ajayan și autorul principal Sruthi Radhakrishnan detaliază o nouă metodă de a transforma disulfura de wolfram dintr-un semiconductor într-o stare metalică.

Alte laboratoare au realizat transformarea prin adăugarea de elemente la material – un proces cunoscut sub numele de dopaj – dar schimbarea nu a fost niciodată stabilă până acum.. Testele și calculele de la Rice au arătat blocuri de disulfură de tungsten fluorurate în noua stare, care are proprietăți optice și magnetice unice.

Cercetătorii au remarcat, de asemenea, efectul transformării asupra materialului tribologic proprietăți - o măsură a frecării, lubrifiere și uzură. Pe scurt, adăugarea de fluor face ca materialul să fie mai alunecos la temperatura camerei.

Lucrările laboratorului sunt detaliate în Materiale avansate.

Disulfura de wolfram este a dicalcogenura de metal de tranziție (TMD), un semiconductor gros ca un atom. Spre deosebire de grafen, care este o rețea plată de atomi de carbon, un TMD încorporează două elemente, un a metal de tranziție atom (în acest caz, tungsten) si celalalt (sulf) A calcogen. Materialul nu este strict plat; stratul de metal de tranziție este cuprins între calcogen, formând o rețea cu trei straturi.

TMD-urile sunt potențiale blocuri de construcție cu alte materiale 2D pentru stocarea energiei, electrocataliză și lubrifiere, toate acestea sunt influențate de transformarea de fază acum stabilă.

Deoarece atomii de fluor sunt mult mai mici decât spațiul de 0,6 nanometri dintre straturile de tungsten și sulf, cercetătorii au spus că atomii invazivi își fac drumul între ele, perturbând rețeaua ordonată a materialului. Fluorul permite avioanelor cu sulf să alunece într-un fel sau altul, iar schimbul de electroni rezultat între fluor și sulf explică, de asemenea, proprietățile unice.

Fluorurarea disulfurei de tungsten bidimensională adaugă insule metalice semiconductorului sintetic, împreună cu proprietăți optice și magnetice unice, potrivit cercetătorilor de la Universitatea Rice. Prin amabilitatea Grupului de Cercetare Ajayan

„A fost cu siguranță o mare surpriză. Când am început această lucrare, o transformare de fază a fost ultimul lucru pe care ne așteptam să-l vedem.” spuse Radhakrishnan, un fost student absolvent în laboratorul lui Ajayan și acum inginer de module la Intel Corp. în Hillsboro, Minereu.

„Este cu adevărat surprinzător că caracteristicile de frecare ale disulfurei de tungsten fluorurate sunt complet diferite de grafenul fluorurat care a fost studiat înainte.,” a spus coautorul Tobin Filleter, profesor asociat de inginerie mecanică la Universitatea din Toronto. „Aceasta este o motivație pentru a studia materiale 2D similare pentru a explora un astfel de comportament interesant.”

Cercetătorii au spus că fluorul pare să nu reducă doar banda interzisă și să facă materialul mai conductiv, ci și să provoace defecte care creează „insule” metalice de-a lungul suprafeței materialului care prezintă, de asemenea, proprietăți paramagnetice și feromagnetice.. „Aceste regiuni ale disulfurei metalice de tungsten sunt magnetice și interferează unele cu altele, creând proprietăți magnetice interesante,” a spus Radhakrishnan.

Mai departe, deoarece atomii de fluor sunt negativi din punct de vedere electric, sunt, de asemenea, suspectați că modifică densitatea de electroni a atomilor vecini. Aceasta modifică proprietățile optice ale materialului, făcându-l un candidat pentru aplicații de detectare și cataliză. Radhakrishnan a sugerat că materialele pot fi utile și în faza lor metalică ca electrozi pentru supercondensatori și alte aplicații de stocare a energiei..

Radhakrishnan a spus că diferite concentrații de fluor modifică proporția de schimbare față de faza metalică, dar schimbarea a rămas stabilă în toate cele trei concentrații studiate de laborator.

„Transformarea de fază, modificarea proprietăților cu funcționalizarea prin fluor și modificările sale magnetice și tribologice sunt foarte incitante,spuse Ajayan. „Acest lucru poate fi extins la alte materiale stratificate 2D și sunt sigur că va deschide niște aplicații captivante.”

Co-autorii lucrării sunt Deya Das și Abhishek Singh de la Institutul Indian de Știință; Liangzi Deng și Paul Chu, profesor de fizică la Universitatea din Houston; Material de umplutură, Parambath Sudeep și William Colas; Sadegh Yazdi de la Universitatea din Colorado, Bolovan; Chandra Sekhar Tiwary, absolventă de orez de la Institutul Indian de Tehnologie Kharagpur; și studentul absolvent Carlos de los Reyes și Angel Martí, profesor asociat de chimie, bioinginerie și știința materialelor și nanoinginerie, de Orez.

Sursă: stiri.rice.edu, de Mike Williams