Transistor hervormt elektronische eigenschappen van een 2D -materiaal

Een Riken -studie toont aan dat het persen van de juiste hoeveelheid kaliumionen tussen de atoomlagen van molybdeendisulfide het van een halfgeleider in een metaal, supergeleider of isolator kan veranderen. Hetzelfde gelaagde materiaal kan worden gemaakt om zich te gedragen als een supergeleider, metaal, halfgeleider of isolator door een transistorapparaat te gebruiken ontwikkeld door Riken -fysici om zijn elektronische eigenschappen aan te passen.

De studie is gepubliceerd in het dagboek Nano letters.

“De verscheidenheid aan elektronische eigenschappen op basis van een enkel materiaal is zeer intrigerend voor ons vanuit een materiaalwetenschappelijk perspectief”, zegt Yoshihiro Iwasa van het Riken Center for Emergent Matter Science, die het team leidde.

Het materiaal is molybdeen disulfide (mos₂), die kan worden geïsoleerd als een ongelooflijk dun kristal dat lagen molybdeenatomen bevat die worden ingeklemd door zwavelatomen. Deze zwavelatomen kunnen op verschillende manieren worden gerangschikt, waardoor twee verschillende fasen worden gecreëerd die bekend staan ​​als 2H en 1t. De 2H -fase is een halfgeleider, terwijl de 1T -fase metaalachtig is.

“2H molybdeen disulfide is veelbelovend voor gebruik in de volgende generatie halfgeleiderapparaten”, merkt Iwasa op.

De Riken -onderzoekers hebben deze faseovergang nu gedetailleerder bestudeerd. Ze bouwden een apparaat dat bekend staat als een veldeffecttransistor en verbonden het met een monster van 2H molybdeen disulfide. Door de transistorspanning te variëren, kunnen ze kaliumionen nauwkeurig in het materiaal leiden.

Naarmate meer kalium het materiaal binnenkwam, veranderde de fase van het materiaal plotseling van 2h naar 1t – roughly toen er twee kaliumionen waren voor elke vijf molybdeenatomen.

Door vervolgens de juiste hoeveelheid kalium in te voegen en het monster te koelen tot –268 ° C, vonden de onderzoekers dat de 1T -fase een supergeleider werd.

Hoewel supergeleiding eerder was gezien in de 2H -fase, was dit onverwacht voor de 1T -fase en vond het bij een andere temperatuur plaats. “De grootste verrassing voor ons is dat we supergeleiding hebben waargenomen toen we kaliumionen introduceerden”, zegt Iwasa.

Er waren meer verrassingen in petto. Het materiaal werd geschakeld van een metaal naar een isolator toen de onderzoekers kalium lieten lekken uit 1T molybdeen disulfide totdat het relatief lage niveaus van de ionen bevatte en zijn temperatuur instelde op -193 ° C.

“We vonden dit interessant omdat we niet hadden verwacht dat dit fenomeen zou plaatsvinden”, zegt Iwasa.

Deze resultaten tonen aan dat de introductie van kaliumionen op deze manier een krachtige methode is om de structuur en eigenschappen van tweedimensionale materialen zoals molybdeendisulfide te regelen. De methode kan helpen om nieuwe supergeleiders te ontdekken.

“We hebben deze methode het afgelopen decennium ontwikkeld”, zegt Iwasa. “En we hebben aangetoond dat het niet alleen nuttig is voor het verkennen van nieuwe eigenschappen van supergeleiders en gerelateerde elektronische fasen, maar ook voor het ontdekken van nieuwe supergeleiders.”