Vorig jaar, FLEET-onderzoekers van RMIT hebben een baanbrekende nieuwe methode ontwikkeld voor het afzetten van atomair dunne (tweedimensionale) kristallen met behulp van gesmolten metalen, beschreven als een 'once-in-a-decennium'-vooruitgang.

Eerder dit jaar, hetzelfde onderzoeksteam breidde de nieuwe methode uit van gecontroleerde naar omgevingscondities, en heeft de groeimechanismen voor belangrijke tinoxiden goed gekarakteriseerd, wat een verbeterde controle van de groei van doeloxide mogelijk zou moeten maken.

De vorig jaar bij RMIT ontwikkelde techniek introduceerde vloeibare metalen (op galliumbasis) als een succesvolle reactieomgeving voor de synthese van gewenste, atomair dunne oxiden die met eerdere methoden onbereikbaar waren. Het is een proces dat zo goedkoop en eenvoudig is dat het door een niet-wetenschapper op een fornuis zou kunnen worden gedaan.

Hoewel de eerste studie kostbaar was, speciaal ontworpen legeringen en een vaak streng gecontroleerde omgeving, dit laatste onderzoek heeft bevestigd dat hoogwaardige 2D-materialen kunnen worden gevormd onder omgevingscondities met behulp van goedkoper vloeibaar tin, toekomstig onderzoek en toepassingen te vereenvoudigen.

Onderzoekers karakteriseerden ook voor het eerst het groeimechanisme, het maken van een 'roadmap' van kristalvorming en groei. Een dergelijke groei bleek verrassend complex, met kleine 'eilandjes' van tinoxiden (SnOx) die zich vormen op grotere, perfecte 2-D tinmonoxide (SnO) monolagen, voordat het dikker wordt en meer zuurstof opneemt om tindioxide (SnO2) te worden.

Toekomstige toepassingen

Deze eenvoudige, herhaalbare methode voor het kweken van 2-D tinoxidekristallen kan worden uitgebreid tot andere vloeibare metalen met een laag smeltpunt en hun legeringen.

Met goed gekarakteriseerde groeimechanismen, onderzoekers geloven dat het mogelijk moet zijn om de snelheid van oppervlakte-oxidevorming te beheersen door zorgvuldige controle van het zuurstofgehalte in de lucht, en dus het aantal en de dikte van oxidelagen en de resulterende stoichiometrie beheersen.

Tinoxiden zijn van bijzonder belang als 2D-materialen. elektronisch, ze kunnen zowel p-type (SnO) als n-type (SnO2) halfgeleiders zijn, wat van groot belang is voor ontwerpers van veldeffecttransistors (FET).

Evolutie van 2-D tinoxiden op het oppervlak van gesmolten tin werd gepubliceerd in Chemische communicatie in januari 2018.

De studie werd uitgevoerd met behulp van de faciliteiten en expertise van de Australian Microscopy and Microanalysis Research Facility van de RMIT Microscopy &Microanalysis Facility, en de Micro Nano Research Facility bij RMIT. Co-auteur Torben Daeneke kreeg steun van de RMIT Vice Chancellor's research fellow-regeling.