美研究發現添加人造邊緣可讓二硫化鉬原子層整齊生長

　　據物理學家組織網近日報道，美國萊斯大學和橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學家合作開發出一種新方法，可以控制二硫化鉬(MDS)原子層整齊一致地生長，借此朝制造二維電子設備前進了一步。相關研究發表在本周出版的《自然·材料學》雜志上。

　　半導體二硫化鉬是制造功能性二維電子元件所需的三種材料中的一種，它們也有望成為制造肉眼不可見設備的基礎元件。在最新研究中，科學家們希望弄清楚大而優質的原子厚度的二硫化鉬薄片能否在化學氣相沉積(CVD)熔爐內生長以及它們有什么特性。他們希望二硫化鉬同沒有帶隙的石墨烯和絕緣體六角氮化硼(hBN)結合，從而制造出場效應晶體管、邏輯集成電路、光電探測器和柔性光電子設備。

　　去年，萊斯大學機械工程和材料科學系教授婁君(音譯)和普利克爾·阿加延稱，他們成功制造出了石墨烯和六角氮化硼交錯而成的復雜結構，但要想用它們制造先進的電子設備，還需要第三種材料——二硫化鉬。不過，他們表示：“二硫化鉬會和碳原子結合在一起，我們想讓石墨烯和二硫化鉬(同六角氮化硼)結合，制造出新奇的二維半導體零件，但因為它們的結構不同，生長環境也不同，所以存在著很多困難。”

　　他們一直沒有找到好方法來種植二硫化鉬，諸多嘗試獲得的材料結構也不一致，用化學氣相沉積法制造出的二硫化鉬的顆粒太小而不具備有用的電屬性。但在新方法中，他們注意到二硫化鉬“島”容易在熔爐中形成，瑕疵甚至灰塵塊也會出現在熔爐的基座上。萊斯大學的研究生新納·納耶梅說：“與六角氮化硼或石墨烯不同的是，二硫化鉬很難成核。但我們發現，通過朝基座添加人造邊緣，可以控制這種成核過程，而且，在這些結構之間，二硫化鉬生長得更好。新方法種植出的顆粒約為100微米，在納米尺度內，足夠我們對其進行處理了。”

　　橡樹嶺國家實驗室的團隊利用像差校正掃描投射電子顯微鏡給這種新材料的原子結構成像，以便清晰地看到單個原子以及改變該材料電屬性的瑕疵。該實驗室的胡安-卡洛斯·艾迪羅博表示：“為了改進二維材料的屬性，首先理解它們如何放置在一起非常重要。橡樹嶺國家實驗室的顯微鏡設備使我們首次能看到材料的單個原子。”

　　萊斯大學的研究人員估計，讓這些物質結合在一起的方式有很多，不僅可采用二維層的形式，也可以采用三維疊加的形式。婁君表示：“‘天然晶體’由同一種成分通過范德華力而結合在一起，現在，我們可以用不同的成分制造出三維晶體。這些不同的材料具有不同的電屬性和帶隙，將一種材料放在另一種之上讓我們可以獲得一種新材料——我們稱其為范德華固體。我們有望采用任何疊放順序將其放在一起，這或許會成為材料科學領域內的一個新方法。”