Dwusiarczek molibdenu poważnym konkurentem grafenu

Kilka lat temu zauważono, że tak jak z grafitu otrzymuje się grafen, tak z wielu innych kryształów można uzyskać warstwy grubości pojedynczych atomów. Udało się je wytworzyć m.in. dla chalkogenków metali przejściowych, czyli siarczków, selenków i tellurków. Szczególnie ciekawym materiałem okazały się warstwy dwusiarczku molibdenu (MoS2).

Związek ten występuje w naturze jako molibdenit, krystaliczny minerał często przyjmujący postać charakterystycznych sześciokątnych płytek o srebrzystym zabarwieniu. Molibdenit, który przypomina grafit i często bywał z nim mylony, znajduje się w skałach na całym świecie. Od lat stosowano go przy wytwarzaniu smarów i stopów metali. Podobnie jak w przypadku grafitu, własności jednoatomowych warstw MoS2 długo pozostawały niezauważone.

Z punktu widzenia zastosowań w elektronice, warstwowy dwusiarczek molibdenu ma istotną przewagę nad grafenem: charakteryzuje się obecnością tzw. przerwy energetycznej. Jej istnienie oznacza, że elektrony nie mogą przyjmować dowolnych energii i przykładając pole elektryczne materiał można przełączać między stanem, w którym przewodzi prąd, a stanem, w którym zachowuje się jak izolator.

Według szacunków, wyłączony tranzystor z dwusiarczku molibdenu zużywałby kilkaset tysięcy razy mniej energii niż tranzystor krzemowy. Grafen w ogóle nie ma przerwy energetycznej i zbudowanych z niego tranzystorów nie da się całkowicie wyłączyć.

Cennych informacji o strukturze krystalicznej i zachodzących w niej zjawiskach dostarcza analiza światła rozproszonego w materiale. - W przypadku materiałów warstwowych kształt linii ramanowskich tłumaczono do tej pory zjawiskami związanymi z pewnymi charakterystycznymi drganiami sieci krystalicznej. My wykazaliśmy, że w warstwowym dwusiarczku molibdenu efekty przypisywane tym drganiom muszą w rzeczywistości pochodzić, przynajmniej w części, od innych, dotychczas nieuwzględnianych drgań sieci - wyjaśnia doktorantka Katarzyna Gołasa.

Obecność drgań nowego typu w materiałach warstwowych ma wpływ na zachowanie elektronów. W konsekwencji materiały te muszą wykazywać nieco inne właściwości elektroniczne od dotychczas przewidywanych.

- Grafen był pierwszy. Jego unikatowe cechy wzbudzają spore, ciągle rosnące zainteresowanie, zarówno wśród naukowców, jak i ze strony przemysłu. Nie wolno jednak zapominać o innych materiałach warstwowych. Jeśli je dobrze poznamy, w wielu zastosowaniach mogą się okazać lepsze od grafenu - podsumowuje dr hab. Adam Babiński.

Opis odkrycia polskich naukowców, dokonanego we współpracy z Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses w Grenoble, ukazał się w czasopiśmie "Applied Physics Letters".

źródło: naukawpolsce.pap.pl
zdjęcie: FUW