Атомарно тонкие материалы предлагают платформу для исследования широкого спектра интересных физических свойств и могут найти множество применений в будущем. Например, «монослои дихалькогенидов переходных металлов» – это атомарно тонкие полупроводники, предназначенные для создания следующего поколения транзисторов, солнечных элементов, светодиодов и т. Д.
Монослои дихалькогенидов переходных металлов имеют форму MX2, где ‘M’ представляет собой атом металла из переходного блока периодической таблицы, а ‘X’ представляет собой атом халькогена (например, S, Se или Te). Однако точная настройка состава двумерных дихалькогенидов переходных металлов для создания новых материалов, отличных от стандартных соединений, обычно является сложной задачей.
Теперь исследовательская группа во главе с профессором Ло Киан Пингом из химического факультета НУЗ и профессором Стивеном Дж. Пенникук из Департамента материаловедения и инженерии NUS впервые синтезировал и охарактеризовал атлас атомарно тонких материалов, основанный на введении одного и того же атома металла между двумя монослоями дихалькогенидов переходных металлов.
Эта вставка известна как интеркаляция, поэтому исследователи назвали эту новую библиотеку ic-2D, чтобы обозначить класс материалов, в которых атомы «внедряются» в зазор между слоями кристаллов.
Результаты исследователей опубликованы в журнале Nature 13 мая 2020 г.
Создание нового атомарно тонкого материала
"Если мы немного разделим два слоя дихалькогенида переходного металла, мы увидим, что участки халькогена имеют прорези, как в держателе для яиц. Другой слой атомов металла может занимать прорези так же, как мы можем расположить яйца в держателе для яиц.
Это волшебство материалов ic-2D », – пояснил профессор Пенникук.
Это новый взгляд на дихалькогениды переходных металлов.
В прошлом теоретики пытались предсказать новые свойства на основе традиционных мест связывания атомов металла и халькогена в материале. Однако их теории не касались ситуации, когда один и тот же атом металла находится в промежутке между двумя кристаллами.
Таким образом, исследовательская группа разработала способ синтеза новых материалов, создав условия, при которых атомы металла превышают халькогены. Таким образом, команда экспериментально обнаружила более 10 различных типов материалов ic-2D, некоторые из которых являются ферромагнитными.
Знакомство с библиотекой материалов ic-2D
Теоретические расчеты, выполненные командой, показали, что метод «самоинтеркаляции», разработанный командой, применим к большому классу двухмерных слоистых материалов.
Это означает, что есть новая библиотека материалов ic-2D, которая ждет своего открытия.
«Этот новый метод конструирования состава широкого класса дихалькогенидов переходных металлов предлагает мощный подход к преобразованию слоистых 2D-материалов в ультратонкие, ковалентно связанные кристаллы ic-2D с ферромагнитными свойствами.
Ожидается, что этот метод будет совместим с большинством методов выращивания материалов ", – сказал профессор Ло, который также из Центра усовершенствованных 2D-материалов NUS.
Доктор Чжао Сяосюй, первый автор статьи, представил новые материалы с помощью электронного микроскопа и обнаружил, что интеркалированные атомы металла последовательно занимают одни и те же вакансии, что приводит к различным структурам в зависимости от концентраций интеркаляции.
Профессор Ло прокомментировал: «Благодаря универсальности в управлении составом, мы показали, что можно настроить в одном классе материалов свойства, которые могут значительно различаться. Это открытие представляет собой богатый ландшафт ультратонких 2D-материалов, которые ждут дальнейшего открытия новых свойств."
Следующие шаги
В дальнейшем исследовательская группа планирует включить эту новую библиотеку материалов в устройства памяти для практических приложений и внедрить посторонние атомы для использования новых функционализированных материалов ic-2D.