Wetenschappers bereiken een universele techniek – van der Waals van Van der Waals – voor atomaire productie van 2D -metalen

Sinds de baanbrekende ontdekking van grafeen in 2004 heeft het duizelingwekkende tempo van vooruitgang in tweedimensionale (2D) materialen een nieuw tijdperk van fundamenteel onderzoek en technologische innovatie ingeluid. Hoewel bijna 2.000 2D -materialen theoretisch zijn voorspeld en honderden zijn gecreëerd in laboratoriumomgevingen, zijn de meeste van deze 2D -materialen beperkt tot van der Waals (VDW) gelaagde kristallen.

Wetenschappers willen al lang atomisch dunne 2D -metalen ontwikkelen, waardoor de 2D -materiaalfamilie verder gaat dan VDW gelaagde structuren. Deze ultrathin 2D -metalen zouden ook het verkennen van nieuwe fysica en nieuwe apparaatarchitecturen mogelijk maken. In de afgelopen jaren zijn er veel pogingen gedaan om 2D-metalen te realiseren, maar deze pogingen hebben er niet in geslaagd om grote, ongerepte 2D-metalen te bereiken aan de atomisch dunne limiet.

Nu hebben onderzoekers van het Institute of Physics (IOP) van de Chinese Academie van Wetenschappen echter een handige, universele productietechniek op atoomniveau ontwikkeld-VDW-knijpen-voor de productie van 2D-metalen bij de limiet van Angstrom. Deze studie is onlangs gepubliceerd in Natuur.

De productietechniek omvat het smelten en knijpen van zuivere metalen tussen twee rigide VDW -aamvoor onder hoge druk. Met deze methode produceerden de onderzoekers diverse atomisch dunne 2D -metalen, waaronder BI (~ 6,3 Å), Sn (~ 5,8 Å), Pb (~ 7,5 Å), in (~ 8,4 Å) en GA (~ 9,2 Å).

De VDW-aspecten bestaan ​​uit twee single-kristallijne MOS₂ Monolayers epitaxiaal gekweekt op Sapphire. Het aambeeld is essentieel voor het produceren van 2D -metalen om twee redenen. Ten eerste, het atomisch vlakke, bengelende bond-vrije oppervlak van de monolaag MOS₂/Sapphire zorgt voor uniforme 2D -metaaldikte op een grote schaal. Ten tweede, de High Young’s modulus van zowel Sapphire als Monolayer Mos₂ (> 300 GPA) stelt hen in staat om extreme drukken te weerstaan, waardoor 2D -metalen worden gevormd tussen de twee aambeelds om hun limiet van de angstromdikte te benaderen.

De 2D -metalen gesynthetiseerd via dit proces werden gestabiliseerd door volledige inkapseling tussen twee MOS₂ Monolagen, waardoor ze milieuvriendelijk zijn en niet-gebonden interfaces zorgen. Deze structuur vergemakkelijkte de fabricage van het apparaat door toegang te geven tot hun intrinsieke transporteigenschappen, die voorheen niet beschikbaar waren.

Elektrische en spectroscopische metingen van monolaag BI onthulden uitstekende fysische eigenschappen, waaronder aanzienlijk verbeterde elektrische geleidbaarheid, een sterk veldeffect met P-type gedrag, grote niet-lineaire geleidbaarheid van de hal en nieuwe fononmodi.

Deze VDW-knijpen, op atoomniveau productiemethode biedt niet alleen een veelzijdige benadering voor het realiseren van verschillende 2D-metalen, maar kan ook de dikte van 2D-metalen regelen met atoomprecisie (dwz monolaag, bilayer of driemayer) door de drukkerij te regelen. Deze methode biedt buitengewone mogelijkheden om de exotische laagafhankelijke eigenschappen van 2D-metalen te onthullen-iets dat niet eerder mogelijk was.

Prof. Zhang Guangyu van IOP, bijbehorende auteur van de studie, zei dat de VDW-knijptechniek een effectieve methode op atoomniveau biedt voor het produceren van 2D-metaallegeringen, evenals amorfe en andere 2D-niet-VDW-verbindingen. Hij merkte ook op dat deze methode een “heldere visie” schetst voor een breed scala aan opkomende kwantum-, elektronische en fotonische apparaten. Hij benadrukte dat er “voldoende ruimte” is voor dit nieuwe onderzoeksgebied om in de toekomst te groeien.