Molybdeen ditelluride (MoTe ₂ )  is een kristallijne verbinding die, als zuiver genoeg, kan als transistor worden gebruikt. De moleculaire structuur is een atomaire sandwich die bestaat uit één molybdeenatoom voor elke twee telluuratomen. Het werd voor het eerst gemaakt in de jaren zestig via verschillende fabricagemethoden, maar tot vorig jaar, het was nooit gemaakt in een vorm die puur genoeg was om geschikt te zijn voor elektronica.

Vorig jaar, een multidisciplinair Koreaans onderzoeksteam bedacht een fabricagemethode voor het creëren van pure MoTe ₂ . Ze zijn er niet alleen in geslaagd om MoTe ₂ in zuivere vorm, ze konden er twee soorten van maken:een halfgeleidende variant genaamd 2H-MoTe ₂ (2H vanwege zijn zeshoekige vorm) en een metalen variant genaamd 1T'-MoTe ₂ (1T' omdat het een octaëdrische vorm heeft) - die beide stabiel zijn bij kamertemperatuur.

MoTe maken ₂ in pure vorm was erg moeilijk en het werd door sommigen gezien als een zwart schaap van de familie van overgangsmetalen dichalcogenides (TMD) en doelbewust genegeerd. TMD's zijn moleculen die extreem dun kunnen worden gemaakt, slechts enkele atomaire lagen, en hebben een elektrische eigenschap genaamd een band gap, waardoor ze ideaal zijn voor het maken van elektrische componenten, vooral transistoren.

Een TMD-kristal volgt een MX2-formaat:er is één overgangsmetaal, vertegenwoordigd door M (M kan wolfraam zijn, Molybdeen, enz.) en twee chalcogeniden, de X2 (zwavel, Selenium, of Telluur). Deze atomen vormen een dunne moleculaire sandwich met het ene metaal en de twee chalcogeniden, en afhankelijk van hun fabricagemethode, kan bestaan ​​in verschillende verschillend gevormde atomaire arrangementen.

De overgrote meerderheid van de huidige microchips is gemaakt van silicium, en ze werken buitengewoon goed. Echter, naarmate apparaten kleiner worden, er is een toenemende vraag naar het verkleinen van de logische chips die deze apparaten laten werken. Naarmate de chips de dikte van één of meerdere atomen naderen, (gewoonlijk aangeduid als tweedimensionaal), silicium werkt niet meer zo goed als op een grotere 3D-schaal. Naarmate de schaal twee dimensies nadert (2D), de band gap van silicium verandert (grotere band gap dan die van zijn 3D-vorm) en de contactpunten met metalen verbindingen op silicium zijn niet langer glad genoeg om efficiënt te worden gebruikt in elektrische circuits.

Dit is de uitgelezen kans om nieuwe, exotische TMD-materialen. Het IBS-onderzoeksteam kon de twee versies van MoTe . exploiteren ₂ en maak één 2D-kristal dat was samengesteld uit het halfgeleidende 2H-MoTe ₂ en de metalen 1T'-MoTe ₂ . Deze configuratie is superieur aan het gebruik van silicium of andere 2D-halfgeleiders omdat de grens waar de halfgeleidende (2H) en metalen (1T') MoTe ₂ ontmoeten hebben wat heet am ohmic homojunction. Dit is een verbinding die zich vormt op de grens tussen twee verschillende structurele fasen in één materiaal. Ondanks één MoTe ₂ toestand is een halfgeleider en een van metaal, het team was in staat om een ​​ohmse homojunctie tussen hen te creëren, een uiterst efficiënte verbinding tot stand brengen.

Om dit te doen, het team begon met een stukje van hun pure 2H-MoTe ₂ die enkele atomen dik was. Ze richtten een 1 µm brede laser (een mensenhaar is 17 tot 181 µm) op de 2H-MoTe ₂ die het monster plaatselijk verwarmde en het getroffen gebied veranderde in 1T'-MoTe ₂ . Met deze methode, het team was in staat om een ​​2D-transistor te maken die gebruikmaakte van een samensmelting van beide halfgeleidende eigenschappen van de 2H-MoTe ₂ materiaal en de hoge geleidbaarheid van de 1T'-MoTe ₂ .

Dit is een slimme oplossing voor verschillende problemen die wetenschappers en ingenieurs in het verleden hebben gehinderd. Door slechts één materiaal in het apparaatkanaal en de metaal-halfgeleiderovergang te gebruiken, het is energiezuiniger omdat de verbindingen tussen de twee fasen van de MoTe ₂ zijn naadloos versmolten waardoor een ohms contact bij de gewrichten ontstaat. Omdat 1T'-MoTe ₂ is zo'n goede dirigent, metalen elektroden kunnen er direct op worden aangebracht, bespaart u extra werk om een ​​manier te vinden om metalen snoeren te bevestigen. Deze nieuwe fabricagetechniek is een hyperefficiënte manier om de beschikbare MoTe . te gebruiken ₂ zonder verspilde of vreemde onderdelen.

Gevraagd naar het potentieel voor toekomstig gebruik, Professor Heejun Yang van SKKU zei:"Er zijn veel kandidaten voor 2D-halfgeleiders, maar MoTe ₂ heeft een band gap van ongeveer 1 eV, wat vergelijkbaar is met de band gap van silicium en het maakt een ohmse homojunctie mogelijk bij de halfgeleider-metaalovergangen." Dit betekent dat MoTe ₂ kan silicium vervangen zonder veel verandering in de huidige spanningsconfiguraties die worden gebruikt met de huidige siliciumtechnologieën. De tweefasige MoTe ₂ transistor lijkt veelbelovend voor gebruik in nieuwe elektronische apparaten, aangezien de vraag naar componenten toeneemt voor materialen die klein zijn, licht en extreem energiezuinig.