Eén voltooide een reeks theoretische berekeningen om de eigenschappen ervan te voorspellen met behulp van een enorm rekencentrum. De andere liet het in bulk groeien voordat het zijn atoomdunne snorharen in de was zette met behulp van plakband.

Samen, De scheikundigen Xiao Cheng Zeng en Alexander Sinitskii van de Universiteit van Nebraska-Lincoln hebben aangetoond dat een verbinding genaamd titaniumtrisulfide naar de voorgrond kan treden van tweedimensionale materialen die aan populariteit winnen onder ontwerpers van micro-elektronica.

De opkomst van 2D-materialen - vellen van niet meer dan een paar atomen dik - begon met de demonstratie van grafeen in 2004, wat nog steeds het sterkste en dunste materiaal is dat bekend is.

Zeng en Sinitskii hebben twee recente onderzoeken gepubliceerd die aantonen dat titaniumtrisulfide niet alleen gunstig afsteekt tegen grafeen, maar ook fosforeen en molybdeendisulfide - collega 2-D-materialen die veelbelovend zijn gebleken voor elektronische toepassingen.

"Er was tot nu toe geen interesse in de eigenschappen van titaniumtrisulfide met weinig lagen, " zei Zeng, een Ameritas University hoogleraar scheikunde. "We waren een van de eersten die ernaar keken, en we zijn erg enthousiast over wat we hebben gezien."

Zeng's theoretische studie onthulde dat 2-D titaniumtrisulfide het potentieel heeft om elektronen sneller te transporteren dan fosforeen en molybdeendisulfide. Deze "elektronenmobiliteit" helpt bij het dicteren van de snelheid van transistors, de apparaten die elektrische stroom regelen en elektrisch vermogen versterken in technologie, variërend van mobiele telefoons tot ruimtevaartuigen.

Transistoren vormen ook de kern van halfgeleiders, die snel schakelen tussen een stroomgeleidende "aan"-toestand en stroomisolerende "uit"-toestand om de enen en nullen van digitaal computergebruik weer te geven.

Grafeen heeft een ongeëvenaarde geleidbaarheid, maar mist cruciaal de kwaliteit die het kan uitschakelen:een band gap, die de energie beschrijft die elektronen nodig hebben om van hun nabije banen rond atomen naar een buitenste "geleidingsband" te springen die de geleidbaarheid bevordert.

Zeng en Sinitskii ontdekten dat titaniumtrisulfide een matige bandafstand heeft die de bandafstand benadert die wordt gevonden in het favoriete silicium van halfgeleiders, waardoor het ideaal is voor het aan / uit schakelen dat in dergelijke apparaten wordt gewaardeerd. Het materiaal levert ook een groot verschil op tussen "aan" en "uit" omstandigheden, die helpt onderscheid te maken tussen resulterende 1s en 0s.

Door de bandafstand van het materiaal kan het ook elementaire lichtdeeltjes absorberen die bekend staan ​​als fotonen uit het grootste deel van het emissiespectrum van de zon. Daarom, titaniumtrisulfide zou ook nuttig kunnen zijn in zonnecelontwerpen, zei Sinitskii.

Sinitskii, een assistent-professor scheikunde, volgde de theoretische berekeningen van Zeng op door titanium en zwavel te combineren om een ​​blok titaniumtrisulfide te vormen. Vervolgens gebruikte hij plakband om microscopisch kleine snorharen van de verbinding af te scheuren op dezelfde manier als de pioniers van grafeen meer dan tien jaar geleden deden met grafiet.

Sinitskii veranderde die snorharen in transistors en leidde de prestatietests die het werk van zijn collega bevestigden.

"Als theoreticus Ik wil altijd iets voorspellen, Zeng zei. De droom voor ons is dat iemand het in het laboratorium maakt.

"Ik kon het niet laten om het Alex te vertellen. Hij is een van de meest vooraanstaande experts ter wereld als het gaat om het maken van tweedimensionale materialen, en hij deed het slechts een paar maanden later (ik vroeg hem)."

Sinitskii zei dat de 2D-voorlopers van titaniumtrisulfide de inspanningen van zijn team om het te bestuderen en te verbeteren moeten versnellen.

"Toen mensen gingen werken met apparaten op basis van grafeen, het eerste tweedimensionale materiaal, alles was nieuw, " zei hij. "Onderzoekers bestudeerden hoe verschillende parameters de prestaties van het apparaat beïnvloeden. Toen ze aan andere 2D-materialen begonnen te werken, de kennis die voortkwam uit grafeenonderzoek was erg nuttig.

"In ons geval, we bevinden ons eigenlijk in een vrij goede positie, omdat we veel kunnen leren van die eerdere onderzoeken en voorkennis kunnen toepassen om betere transistors te maken van titaniumtrisulfide."

Zeng's recente onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie , was co-auteur met postdoctoraal onderzoeker Jun Dai. De onderzoekers voerden hun berekeningen uit via het Holland Computing Center van UNL.

De door Sinitskii geleide studie verscheen in het tijdschrift nanoschaal .