Een laboratorium van de Rice University wil dat zijn producten er scherp uitzien, zelfs op nanoschaal. De nieuwste creatie ligt precies op schema.

Het Rice-lab van materiaalwetenschapper Pulickel Ajayan heeft unieke tweedimensionale vlokken gemaakt met twee verschillende persoonlijkheden:molybdeendiselenide aan de ene kant en een scherpe scheidslijn met rheniumdiselenide aan de andere.

Van alle schijn, het tweekleurige materiaal houdt er zo van, natuurlijk groeien - zij het onder krappe omstandigheden - in een oven voor chemische dampafzetting.

Het materiaal is een 2-D overgangsmetaal dichalcogenide heterostructuur, een kristal met meer dan één chemische component. Dat is op zich niet ongebruikelijk, maar de scherpe zigzaggrens tussen elementen in het materiaal dat wordt gerapporteerd in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters is uniek.

Dichalcogeniden zijn halfgeleiders die overgangsmetalen en chalcogenen bevatten. Ze zijn een veelbelovende component voor opto-elektronische toepassingen zoals zonnecellen, fotodetectoren en meetapparatuur. Hoofdauteur Amey Apte, een afgestudeerde Rice-student, zei dat ze ook geschikte materialen kunnen zijn voor quantum computing of neuromorphic computing, die de structuur van het menselijk brein nabootst.

Apte zei bekend, atomair vlakke molybdeen-wolfraam dichalcogenide heterostructuren kunnen meer legeringsachtig zijn, met diffuse grenzen tussen hun kristaldomeinen. Echter, het nieuwe materiaal - technisch, 2H MoSe ₂ -1T' Opnieuw ₂ -heeft atomair scherpe interfaces waardoor het een kleinere elektronische bandafstand heeft dan andere dichalcogeniden.

"In plaats van één unieke band gap op basis van de samenstelling van een legering, we kunnen de band gap in dit materiaal op een zeer beheersbare manier afstemmen, Apte zei. "De sterke ongelijkheid tussen twee aangrenzende atomair dunne domeinen opent nieuwe wegen." Hij zei dat het spanningsbereik waarschijnlijk varieert van 1,5 tot 2,5 elektronvolt.

Om de materialen op betrouwbare wijze te laten groeien, moest een fasediagram worden gemaakt waarin werd uitgelegd hoe elke parameter - de balans van de chemische gasvoorloper, de temperatuur en de tijd hebben invloed op het proces. Rice afgestudeerde student en co-auteur Sandhya Susarla zei dat het diagram dient als een routekaart voor fabrikanten.

"Het grootste probleem met deze 2D-materialen is dat ze niet erg reproduceerbaar zijn, "zei ze. "Ze zijn erg gevoelig voor veel parameters, omdat het proces kinetisch wordt gecontroleerd.

"Maar ons proces is schaalbaar omdat het thermodynamisch wordt gecontroleerd, "Zei Susarla. "Fabrikanten hebben niet veel parameters om naar te kijken. Ze hoeven alleen maar naar het fasediagram te kijken, controle over de samenstelling en ze zullen het product elke keer krijgen."

De onderzoekers denken dat ze de vorm van het materiaal verder kunnen beheersen door het substraat aan te passen voor epitaxiale groei. Als de atomen op hun plaats vallen in overeenstemming met de eigen atomaire rangschikking van het oppervlak, zou veel meer maatwerk mogelijk zijn.