Afdrukbare tweedimensionale supergeleidende monolagen

Hoogkristallijne 2-D overgangsmetaal dichalcogenide supergeleiders en hun bijbehorende (van der Waals) heterostructuren bieden een rijk platform voor het onderzoek van nieuwe kwantumfysica en exotische supergeleiding. Dit komt door hun 2-D niet-centrosymmetrische rooster met een sterke spin-orbitale interactie.

Een onderzoeksteam van de National University of Singapore onder leiding van Prof Lu Jiong, van het Department of Chemistry, NUS in samenwerking met Prof Kostya S. Novoselov van Materials Science and Engineering, NUS heeft een universele elektrochemische exfoliatiemethode ontwikkeld voor de synthese van zeer kristallijne, tweedimensionale supergeleidende monolagen (2DSC). Deze 2DSC-monolagen worden verkregen in een stabiele suspensie met een productieopbrengst van een monolaag tot 75%. Ze kunnen worden gebruikt voor het vervaardigen van kunstmatig ontworpen structuren die supergeleidende eigenschappen vertonen. Dit omvat het printen van 2D-supergeleidende draden op wafelniveau en het construeren van supergeleidende composieten met behulp van 3D-printtechnieken.

De methode maakt gebruik van de co-intercalatie van ammoniumkationen gesolvateerd met een grote hoeveelheid neutrale oplosmiddelmoleculen om 2D-monolagen van de 3D-bulks af te pellen. Deze strategie zorgt niet alleen voor voldoende intercalatie van verschillende gelaagde kristallen, maar vermindert ook aanzienlijk overmatige oplading en structurele schade van de gelaagde gastheren. Dit is cruciaal voor de afschilfering van hoogwaardige en grote 2DSC-monolagen. Bovendien kan 2DSC-monolaag-suspensie worden gebruikt om kunstmatige van der Waals-heterostructuren te fabriceren die zich gedragen als periodieke Josephson-junctie-arrays, die mogelijk kunnen worden gebruikt bij de fabricage van nieuwe supergeleidende apparaten.

Prof Lu zei: “Deze universele elektrochemische exfoliatiebenadering kan worden gebruikt voor de schaalbare productie van een bibliotheek van oplossingsverwerkbare, hoogkristallijne 2DSC-monolagen, wat een enorm technologisch potentieel biedt voor de ontwikkeling van nieuwe materiaaleigenschappen buiten het bereik van bestaande gelaagde structuren.”