Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe strategie voor het kweken van tweedimensionale overgangsmetaaldichalcogeniden

Onderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore (NUS) hebben een nieuwe faseselectieve heteroepitaxiale strategie in het vlak ontwikkeld voor het kweken van tweedimensionale overgangsmetaaldichalcogeniden (2D TMD’s). Deze aanpak biedt een veelbelovende methode voor fase-engineering van 2D TMD’s en het fabriceren van 2D-heterostructuurapparaten.

2D TMD’s vertonen verschillende polymorfe structuren, waaronder 2H (trigonaal prismatisch), 1T (octaëdrische), 1T ‘en T_D fasen. Deze fasen verlenen een reeks eigenschappen, zoals supergeleiding, ferro-elektriciteit en ferromagnetisme. Door deze structurele fasen te manipuleren, kunnen de rijke fysieke eigenschappen van TMD’s worden afgestemd, waardoor nauwkeurige controle over hun kenmerken mogelijk wordt via wat bekend staat als fase-engineering.

In dit werk maakte een onderzoeksteam onder leiding van professor Andrew Wee van de afdeling natuurkunde van de NUS-faculteit Wetenschappen, in samenwerking met internationale partners, gebruik van moleculaire bundelepitaxie (MBE) om molybdeendiselenide (MoSe) te laten groeien.₂) nanolinten als een heteroepitaxiale sjabloon in het vlak om de groei van H-fase chroomdiselenide (CrSe₂).

MBE is een techniek om zeer dunne lagen materiaal op een oppervlak te creëren door moleculen één voor één af te zetten. Dit maakt een nauwkeurige controle mogelijk van de samenstelling, dikte en structuur van de afgezette lagen op atomair niveau.

Met behulp van ultrahoogvacuüm scanning tunneling microscopie (STM) en non-contact atomic force microscopie (nc-AFM) technieken observeerden de onderzoekers atomair scherpe heterostructuurinterfaces met type-I banduitlijningen en de karakteristieke defecten van spiegeltweelinggrenzen in de H- fase CrSe₂ monolagen. Deze spiegeltweelinggrenzen vertoonden uniek gedrag binnen het beperkte eendimensionale elektronische systeem.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 26 februari 2024.

Dit onderzoek vertegenwoordigt een voortzetting van de voortdurende verkenning van het team naar fasestructuurcontrole en fysieke eigendomsstudies van 2D-materialen.

Dr. Liu Meizhuang, de eerste auteur van het onderzoeksartikel, zei: “We hebben ook de faseselectieve groei van H-fase vanadiumdiselenide gerealiseerd met behulp van dit hetero-epitaxiale sjabloon in het vlak. Deze faseselectieve hetero-epitaxiale methode in het vlak heeft de potentieel om een ​​algemene en controleerbare manier te worden voor het uitbreiden van de bibliotheek van 2D-TMD-fasestructuren, waardoor fundamenteel onderzoek en apparaattoepassingen van specifieke 2D-fasen worden bevorderd.”

Prof. Wee voegde eraan toe: “De mogelijkheid om de fase van 2D laterale heterostructuren te controleren opent veel nieuwe mogelijkheden in apparaattoepassingen.”