Jednoatomowej grubości warstwy dwusiarczku molibdenu - związku występującego w wielu skałach - mogą zdeklasować grafen w zastosowaniach elektronicznych. Strukturę tę dokładniej zbadano na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Fot: 4metal.pl

Grafen już okrzyknięto przyszłością elektroniki. Węgiel tworzący jednoatomowej grubości warstwy ma inne właściwości niż wtedy, kiedy takie warstwy są grubsze. Materiałów o podobnej, monowarstwowej budowie jest jednak więcej. Co istotne, część z nich, np. dwusiarczek molibdenu, ma równie ciekawe własności, podobnie jak grafen.

Na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW) pokazano, że zjawiska występujące w sieci krystalicznej warstw dwusiarczku molibdenu mają nieco inną naturę niż dotychczas sądzono. Badania pozwoliły naukowcom opracować bardziej precyzyjny model zjawisk zachodzących w sieci krystalicznej dwusiarczku molibdenu - poinformował FUW w komunikacie.

Praca opisująca odkrycie, zrealizowana we współpracy z Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses w Grenoble, ukazała się w czasopiśmie „Applied Physics Letters”.

- Skomplikowane układy elektroniczne, zbudowane z pojedynczych warstw atomowych, będzie można konstruować dopiero wtedy, gdy dostatecznie dobrze zrozumiemy fizykę zjawisk zachodzących w sieci krystalicznej tych materiałów. Nasze badania pokazują jednak, że nauka ma w tej dziedzinie jeszcze wiele do zrobienia - mówi dr hab. Adam Babiński, prof. Uniwersytetu Warszawskiego (UW).

Jak informują fizycy z UW, kilka lat temu zauważono, że tak jak z grafitu otrzymuje się grafen, tak z wielu innych kryształów można uzyskać warstwy grubości pojedynczych atomów. Udało się je wytworzyć m.in. dla chalkogenków metali przejściowych, czyli siarczków, selenków i tellurków. Szczególnie ciekawym materiałem okazały się warstwy dwusiarczku molibdenu (MoS2). Związek ten występuje w naturze jako molibdenit, krystaliczny minerał często przyjmujący postać charakterystycznych sześciokątnych płytek o srebrzystym zabarwieniu. Molibdenit - który swoją drogą przypomina grafit i często bywał z nim mylony - znajduje się w skałach na całym świecie. Od lat stosowano go przy wytwarzaniu smarów i stopów metali. Podobnie jak w przypadku grafitu, własności jednoatomowych warstw MoS2 długo pozostawały niezauważone.

Z punktu widzenia zastosowań w elektronice, warstwowy dwusiarczek molibdenu ma istotną przewagę nad grafenem: charakteryzuje się obecnością tzw. przerwy energetycznej. Jej istnienie oznacza, że elektrony nie mogą przyjmować dowolnych energii i przykładając pole elektryczne materiał można przełączać między stanem, w którym przewodzi prąd, a stanem, w którym zachowuje się jak izolator. Wedle obecnych szacunków, wyłączony tranzystor z dwusiarczku molibdenu zużywałby nawet kilkaset tysięcy razy mniej energii niż tranzystor krzemowy. Dla odmiany grafen w ogóle nie ma przerwy energetycznej i zbudowanych z niego tranzystorów nie da się całkowicie wyłączyć.

Cennych informacji o strukturze krystalicznej i zachodzących w niej zjawiskach dostarcza analiza światła rozproszonego w materiale. Naukowcy z FUW przyjrzeli się znanym dotychczas widmom ramanowskim dwusiarczku molibdenu, przeprowadzili również własne pomiary mikroskopowe w niskiej temperaturze.

- W przypadku materiałów warstwowych kształt linii ramanowskich tłumaczono do tej pory zjawiskami związanymi z pewnymi charakterystycznymi drganiami sieci krystalicznej. My wykazaliśmy, że w warstwowym dwusiarczku molibdenu efekty przypisywane tym drganiom muszą w rzeczywistości pochodzić, przynajmniej w części, od innych, dotychczas nieuwzględnianych drgań sieci - wyjaśnia doktorantka Katarzyna Gołasa (FUW).

Obecność drgań nowego typu w materiałach warstwowych ma wpływ na zachowanie elektronów. W konsekwencji materiały te muszą wykazywać nieco inne właściwości elektroniczne od dotychczas przewidywanych.

(PAP - Nauka w Polsce lt/ agt/)