Ученые НИТУ «МИСиС» обнаружили, что известный полупроводник дисульфид молибдена в виде пленки сильно окисляется на воздухе, превращаясь в другое соединение. Новые данные сужают область его потенциального применения в микроэлектронике и одновременно открывают новые перспективы использования двумерных материалов в качестве катализатора. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Nature Chemistry.
Дисульфид молибдена (MoS2) рассматривается в качестве перспективной основы для множества сверхмалых электронных устройств, таких как высокочастотные детекторы, выпрямители, транзисторы, поэтому его двумерный формат — нанопленка — активно изучается научными коллективами по всему миру. Однако новое исследование научного коллектива из НИТУ «МИСиС» показало, что этот двумерный материал столь значительно окисляется на воздухе, что превращается в другое соединение.
Электронное устройство с использованием пленки MoS2 без специфической защиты просто перестанет работать в короткие сроки, соответственно, для потенциального применения в микроэлектронике его обязательно нужно капсулировать.
«Международному коллективу ученых из НИТУ „МИСиС“, Венгерской академии наук, Университета Намюра (Бельгия) и Корейского научно-исследовательского института под руководством ведущего научного сотрудника лаборатории „Неорганические наноматериалы“, д.ф-м.н Павла Сорокина впервые в мире удалось детально проследить изменение структуры двумерного дисульфида молибдена при длительном воздействии окружающей среды», — рассказала ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
В эксперименте двумерные слои дисульфида молибдена, полученные в результате расслоения кристаллов дисульфида молибдена при помощи ультразвука, выдерживались в условиях окружающей среды — при обычной комнатной температуре и освещении в течение долго срока (более полутора лет), в течении которого проводилось наблюдение изменения структуры его поверхности.
«Нам впервые в мире удалось экспериментально доказать, что однослойный дисульфид молибдена в условиях окружающей среды сильно деградирует, окисляется и превращается в твердый раствор MoS2-xOx, — пояснил Павел Сорокин, — Функционал двумерного полупроводника без дефектов и потерь может осуществить другой материал со сходной структурой — диселенид молибдена».
По словам соавтора исследования старшего научного сотрудника лаборатории «Неорганические наноматериалы» Захара Попова, «благодаря применению туннельной микроскопии удалось отследить структурные изменения кристаллов двумерного дисульфида серы на атомарном уровне при длительном нахождении в условиях окружающей среды. Мы обнаружили, что материал, считавшийся ранее стабильным, подвержен спонтанному окислению, при этом изначальная кристаллическая структура монослоев MoS2 сохраняется с образованием твердых растворов MoS2-xOx».
Проведённое группой моделирование позволило заранее предложить механизм образования таких твердых растворов, при этом результаты теоретических расчётов совпали с экспериментальными измерениями.
