Onderzoekers van de NYU Tandon School of Engineering hebben een pionierswerk verricht voor het kweken van elektronisch materiaal op atomaire schaal met de hoogste kwaliteit die ooit is gerapporteerd. In een paper gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven , Universitair docent elektrische en computertechniek Davood Shahrjerdi en promovendus Abdullah Alharbi beschrijven een techniek voor het synthetiseren van grote vellen hoogwaardig monolaag wolfraamdisulfide, een kunststof met een breed scala aan elektronische en opto-elektronische toepassingen.

"We hebben een aangepaste reactor ontwikkeld om dit materiaal te laten groeien met behulp van een routinetechniek die chemische dampafzetting wordt genoemd. We hebben enkele subtiele en toch kritische wijzigingen aangebracht om het ontwerp van de reactor en het groeiproces zelf te verbeteren, en we waren verheugd om te ontdekken dat we de hoogste kwaliteit monolaag wolfraamdisulfide konden produceren die in de literatuur wordt vermeld, ", zei Shahrjerdi. "Het is een cruciale stap om het soort onderzoek mogelijk te maken dat nodig is voor de ontwikkeling van transistors van de volgende generatie, draagbare elektronica, en zelfs flexibele biomedische apparaten."

De belofte van tweedimensionale elektronische materialen prikkelt onderzoekers al meer dan een decennium, sinds het eerste dergelijke materiaal - grafeen - experimenteel werd ontdekt. Ook wel "monolaag"-materialen genoemd, grafeen en soortgelijke tweedimensionale materialen zijn slechts één atoom dik, honderdduizenden malen dunner dan een vel papier. Deze materialen hebben grote voordelen ten opzichte van silicium, namelijk een ongeëvenaarde flexibiliteit, kracht, en geleidbaarheid, maar het ontwikkelen van praktische toepassingen voor hun gebruik was een uitdaging.

Grafeen (een enkele laag koolstof) is onderzocht voor elektronische schakelaars (transistoren), maar het ontbreken van een energiebandgap levert problemen op voor halfgeleidertoepassingen. "Je kunt de grafeentransistors niet uitschakelen, " legde Shahrjerdi uit. In tegenstelling tot grafeen, wolfraamdisulfide heeft een aanzienlijke energiebandafstand. Het vertoont ook opwindende nieuwe eigenschappen:wanneer het aantal atomaire lagen toeneemt, de band gap wordt afstembaar, en bij monolaagdikte kan het licht sterk absorberen en uitstralen, waardoor het ideaal is voor toepassingen in de opto-elektronica, voelen, en flexibele elektronica.

Pogingen om toepassingen voor monolaagmaterialen te ontwikkelen worden vaak geplaagd door onvolkomenheden in het materiaal zelf - onzuiverheden en structurele stoornissen die de beweging van ladingsdragers in de halfgeleider (dragermobiliteit) in gevaar kunnen brengen. Shahrjerdi en zijn student slaagden erin de structurele aandoeningen te verminderen door de groeibevorderaars weg te laten en stikstof als dragergas te gebruiken in plaats van een meer gebruikelijke keuze, argon.

Shahrjerdi merkte op dat uitgebreide testen van hun materiaal de hoogste waarden onthulden die tot nu toe zijn geregistreerd voor de mobiliteit van dragers in monolaag wolfraamdisulfide. "Het is een zeer opwindende ontwikkeling voor degenen onder ons die onderzoek doen op dit gebied, " hij zei.