Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita

MoS2:n 2D-rakenteet on yhdistetty grafeeniin kovalenttisella sidoksella.

Yleisin menetelmä 2D-2D-heterorakenteiden synteesiin on materiaalien suora kasvattaminen päällekkäin.

Tällaisissa atomipinnoituksella rakennetuissa rakenteissa 2D-kerrokset sitoutuvat heikosti toisiinsa van der Waalsin vuorovaikutuksien kautta. Mutta näiden kahden materiaalin rajapinnan hallinnan puute sähköisen y-viestinnän, kemiallisen luonteen tai kerrosten välisen etäisyyden osalta estää siten kestävien monikäyttöisten laitteiden rakentamisen.

Enrique Burzurín ja Emilio M. Pérezin johtama tutkijaryhmä IMDEA Nanocienciassa (Madrid, Espanja) on yhdistänyt ensimmäistä kertaa 2D-materiaalien MoS2:n ja grafeenin kerroksia kovalenttisesti.

Ryhmä on käyttänyt synteettisen kemian työkaluja ompelemaan useita MoS2 -hiutaleita yksikerroksisiin grafeenirakenteisiin käyttämällä bifunktionaalista molekyyliä, jossa on kaksi kiinnityspistettä.

Siirtymämetallidikalkogenidin MoS2:n puolijohtavien ominaisuuksien yhdistelmä grafeenin korkeaan kantajaliikkuvuuteen on erityisen houkutteleva sovelluksia ajatellen.

Ryhmä rakensi kenttävaikutustransistoreja (FET) testatakseen rakenteen sähköisiä ominaisuuksia. He löysivät muutoksen hilajännitteen ominaisuudessa, jossa Dirac-kartio siirtyi kohti positiivisia jännitteitä ja virran pieneneminen minimissä. Kontrollikoe puhtaalla MoS2:lla grafeenin päälle ripustettuna ei osoittanut merkittäviä muutoksia D-kaistan intensiteetissä.

Mielenkiintoista on, että varauksenkantajien liikkuvuus säilyy funktionalisoinnin ja kovalenttisen sidoksen muodostumisen jälkeen MoS2:n ja grafeenin välillä, ollen siten grafeenin dopingin aste, joka on säädettävissä funktionalisointiasteen kautta.

Näiden 2D-2D kovalenttisten heterorakenteiden valmistaminen on suhteellisen helppoa. Yksikerroksisen grafeenilevyn sisältävä piisubstraatti upotettiin funktionalisoidun MoS2:n suspensioon vedessä 35 °C:ssa.

Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat käyttäneet kemian työkaluja 2D-materiaalien kovalenttiseen sitomiseen. Tulokset osoittavat kemiallisen lähestymistavan voiman rakentaa MoS2-grafeeniheterorakenteita yli van der Waalsin rakenteiden, joka säilyttää grafeenin kantajien liikkuvuuden korkean suorituskyvyn FET-laitteissa.

Aiheesta aiemmin:

NOEMSejä van der Waalsin heterorakenteilla

Kaksiulotteisia heterorakenteita