(Phys.org) — I ricercatori di nanoingegneria della Rice University e della Nanyang Technological University di Singapore hanno svelato un metodo potenzialmente scalabile per realizzare strati spessi un atomo di diseleniuro di molibdeno, un semiconduttore molto ricercato che è simile al grafene ma ha proprietà migliori per fare alcuni dispositivi elettronici come transistor commutabili e diodi emettitori di luce.

Il metodo per produrre diseleniuro di molibdeno bidimensionale utilizza una tecnica nota come deposizione chimica da vapore (CVD) ed è descritto online in un nuovo articolo sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano . La scoperta è significativa perché CVD è ampiamente utilizzato dalle industrie dei semiconduttori e dei materiali per realizzare film sottili di silicio, fibre di carbonio e altri materiali.

"Questo nuovo metodo ci consentirà di sfruttare le proprietà del diseleniuro di molibdeno in numerose applicazioni, " ha detto il leader dello studio Pulickel Ajayan, presidente del Dipartimento di Scienza dei Materiali e Nanoingegneria della Rice. "A differenza del grafene, che ora può essere facilmente realizzato in fogli di grandi dimensioni, molti materiali 2-D interessanti rimangono difficili da sintetizzare. Ora che abbiamo una stalla, modo efficiente per produrre diseleniuro di molibdeno 2-D, stiamo progettando di estendere questa procedura robusta ad altri materiali 2-D."

Nello studio del riso, Ajayan e colleghi hanno testato i loro strati atomicamente sottili di diseleniuro di molibdeno costruendo un transistor ad effetto di campo (FET), un dispositivo comunemente usato nell'industria microelettronica. I test del FET hanno rilevato che le proprietà elettroniche degli strati di diseleniuro di molibdeno erano significativamente migliori di quelle del bisolfuro di molibdeno; quest'ultimo è un materiale simile che è stato studiato più ampiamente perché era più facile da fabbricare. Per esempio, i test FET hanno scoperto che la mobilità degli elettroni del diseleniuro di molibdeno di Rice era superiore a quella del CVD coltivato, bisolfuro di molibdeno.

Nella fisica dello stato solido, La mobilità degli elettroni si riferisce alla velocità con cui gli elettroni passano attraverso un metallo o un semiconduttore in presenza di un campo elettrico. I materiali con elevata mobilità degli elettroni sono spesso preferiti per ridurre il consumo di energia e il riscaldamento nei dispositivi microelettronici.

"Essere in grado di realizzare materiali 2-D in modo controllato avrà davvero un impatto sulla nostra comprensione e utilizzo delle loro affascinanti proprietà, ", ha affermato la coautrice dello studio Emilie Ringe, assistente professore di scienza dei materiali e nanoingegneria e di chimica alla Rice. "Caratterizzando sia la struttura che la funzione di un materiale, come abbiamo fatto in questo articolo, è fondamentale per tali progressi".

Il diseleniuro di molibdeno e il disolfuro di molibdeno appartengono ciascuno a una classe di materiali noti come dicalcogenuri di metalli di transizione; I TMDC sono così chiamati perché sono costituiti da due elementi, un metallo di transizione come il molibdeno o il tungsteno e un "calcogeno" come lo zolfo, selenio o tellurio.

I TMDC hanno attirato un intenso interesse da parte degli scienziati dei materiali perché hanno una struttura atomica simile al grafene, i materiali miracolosi in puro carbonio che hanno attratto il Premio Nobel 2010 per la fisica. Il grafene e materiali simili sono spesso definiti bidimensionali perché hanno uno spessore di un solo atomo. Il grafene ha straordinarie proprietà elettroniche. Per esempio, la sua mobilità degli elettroni è decine di migliaia di volte maggiore di quella dei TMDC.

Però, TMDC bidimensionali come il diseleniuro di molibdeno hanno suscitato un intenso interesse perché le loro proprietà elettroniche sono complementari al grafene. Per esempio, il grafene puro non ha bandgap, un'utile proprietà elettronica che gli ingegneri possono sfruttare per realizzare FET che possono essere facilmente attivati ​​e disattivati.

Come per molti nanomateriali, gli scienziati hanno scoperto che le proprietà fisiche dei TMDC cambiano notevolmente quando il materiale ha proprietà su scala nanometrica. Per esempio, una lastra di diseleniuro di molibdeno spesso anche un micron ha una banda proibita "indiretta" mentre una lastra bidimensionale di diseleniuro di molibdeno ha una banda proibita "diretta". La differenza è importante per l'elettronica perché i materiali a banda proibita diretta possono essere utilizzati per realizzare transistor commutabili e fotorivelatori sensibili.

"Una delle forze trainanti del Dipartimento di Scienza dei materiali e Nanoingegneria di Rice è la stretta collaborazione che si sviluppa tra le persone che si concentrano sulla sintesi e quelle di noi coinvolte nella caratterizzazione, " disse Ring, che si è unito alla facoltà di Rice a gennaio. "We hope this will be the beginning of a series of new protocols to reliably synthesize a variety of 2-D materials."