Een nieuw tweedimensionaal materiaal is werkelijkheid geworden, dankzij een team van Deense en Italiaanse wetenschappers.

Het onderzoek, onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Aarhus, geslaagd in de eerste experimentele realisatie en structureel onderzoek van enkellaags vanadiumdisulfide (VS ₂ ). Het is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift 2D-materialen .

VS ₂ is een van een diverse groep verbindingen die bekend staat als overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD's). Veel van deze kunnen een gelaagde kristalstructuur aannemen waaruit atomair dunne kristallijne platen kunnen worden geïsoleerd. De elektronische eigenschappen van de enkel-atomaire laagkristallen kunnen op belangrijke manieren verschillen van die van de gelaagde bulkkristallen.

Hoofdauteur Dr. Charlotte Sanders van de Universiteit van Aarhus legde het belang van de nieuwe bevindingen uit:"Theoretische studies suggereren dat enkellaags VS ₂ zou zeer interessante natuurkunde kunnen vertonen, inclusief magnetisme en sterke correlaties. Het kan ook golftoestanden met ladingsdichtheid bevatten, net als bulk VS ₂ . Echter, het maken van VS2 is moeilijk en de enkele laag is nog niet eerder met succes gemaakt.

"In feite, magnetisme in enkellaagse materialen is pas recentelijk waargenomen, en is nog vrij zeldzaam. Dus, de mogelijkheid dat dit materiaal magnetisch is, is opwindend."

Om de enkele laag VS . te maken ₂ , de onderzoekers verdampten bij kamertemperatuur vanadium op een schoon goudoppervlak. Vervolgens verwarmden ze het monster in de aanwezigheid van zwavelhoudende moleculen die reageren met het vanadium om de VS te produceren ₂ . Het team heeft de eigenschappen van de monsters gemeten met behulp van elektronendiffractie met lage energie, aftasten tunneling microscopie, en röntgenfoto-elektronenspectroscopie.

aanzienlijk, het team ontdekte ook een nieuwe en onvoorspelde vanadiumsulfideverbinding. De meeste 2D-materialen kunnen, in theorie (hoewel niet noodzakelijk in de praktijk), worden afgeleid van bulk gelaagde kristallen. Echter, er is geen 3D-materiaal dat een vergelijkbare stoichiometrie en kristalstructuur heeft als die van de nieuwe verbinding, die wordt gevormd wanneer enkellaags VS ₂ wordt door verhitting aan zwavel ontdaan.

Gezien de waarschijnlijke magnetische eigenschappen van verwante vanadiumverbindingen, het nieuwe materiaal zou een andere kandidaat kunnen zijn voor tweedimensionaal magnetisme.

"De elektronische structuur van het nieuwe materiaal, samen met mogelijke golffasen van ladingsdichtheid en magnetische ordening, nog te onderzoeken, en een interessante open vraag is hoe de eigenschappen verschillen van die van stoichiometrische enkellaagse VS ₂ , " zei dr. Sanders.