Scienziati della National University of Singapore hanno scoperto il meccanismo coinvolto quando i dichalcogenuri di metalli di transizione su substrati metallici si trasformano dalla fase semiconduttiva 1H alla fase quasi metallica 1T'.

Dicalcogenuri di metalli di transizione bidimensionali (2-D-TMD) come il bisolfuro di molibdeno monostrato (MoS ₂ ) sono semiconduttori atomicamente sottili in cui uno strato di atomo di metallo di transizione è inserito tra due strati di atomi di calcogeno, nella forma MX2. Possono esistere sia in una fase 1H semiconduttiva che in una fase 1T' quasi metallica, ciascuno con una diversa struttura cristallina. La fase 1T' è particolarmente interessante poiché le previsioni teoriche mostrano che ha il potenziale per essere utilizzata in applicazioni meno convenzionali, come elettrodi di supercondensatori e catalizzatori di reazione per l'evoluzione dell'idrogeno. Però, la quantità di 2-D-TMD in fase 1T' che si può ottenere convertendole dalla fase 1H attraverso un processo di transizione di fase è bassa. Ciò limita potenzialmente l'uso di tali nuovi materiali per un'ampia gamma di applicazioni.

Un team di ricerca guidato dal professor Andrew Wee del Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della National University of Singapore (NUS) ha scoperto che mentre diversi materiali 2-D-TMD hanno le loro barriere energetiche intrinseche quando transitano dall'1H all'1T ' fase strutturale, l'uso di un substrato metallico con maggiore reattività chimica può aumentare significativamente la resa della transizione di fase da 1H- a 1T'-. Questo è un metodo conveniente e ad alto rendimento per ottenere materiali 2-D-TMD nella loro fase metallica 1T'. Quando il materiale 2-D-TMD viene posto a contatto con il substrato metallico, come l'oro, argento e rame, le cariche elettriche vengono trasferite dal substrato metallico al materiale 2-D-TMD. Per di più, indebolisce significativamente la forza di adesione della struttura 2-D-TMD, e aumenta la grandezza dell'energia di legame interfacciale. Ciò a sua volta aumenta la suscettibilità della transizione di fase strutturale 1H-1T'. Di conseguenza, questa ibridazione interfacciale avanzata all'interfaccia dei due materiali rende la transizione di fase strutturale 1H-1T' molto più facile da ottenere.

Il team di ricerca del NUS ha combinato più tecniche sperimentali e calcoli dei principi primi nel loro lavoro di ricerca. Questi includono spettroscopie ottiche, La microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione e la teoria del funzionale della densità si basano su calcoli dei primi principi per identificare i cambiamenti di fase, entrambe le fasi 1H e 1T', dei 2-D-TMD nei campioni.

Questo studio fornisce nuove informazioni sull'influenza dell'ibridazione interfacciale che influenza le dinamiche di transizione di fase dei 2-D-TMD. I risultati possono essere potenzialmente utilizzati in un sistema modello per la crescita controllata di 2-D-TMD su substrati metallici, creando possibilità per nuove applicazioni per dispositivi basate su 2-D-TMD.

Il professor Wee ha detto, "La controllabilità della transizione di fase da semiconduttore a metallo nelle interfacce 2-D-TMD e metallo può consentire nuove applicazioni di dispositivi come elettrodi a bassa resistenza di contatto".