2D MoS2 è collegato al grafene tramite un legame covalente. Credito:Patricia Bondia
Un team di scienziati ha "velcrato" le strutture 2D di MoS2 e grafene utilizzando per la prima volta una connessione covalente. Le strutture 2D-2D sono state utilizzate per costruire robusti transistor a effetto di campo con comunicazione elettronica controllata, natura chimica dell'interfaccia e distanza tra gli strati.
Il metodo più diffuso per la sintesi di eterostrutture 2D-2D è la crescita diretta di materiali uno sopra l'altro. Le strutture 2D sono materiali a strati atomicamente sottili che possono essere impilati per costruire eterostrutture funzionali. In tali strutture costruite per deposizione atomica, gli strati 2D sono debolmente legati dalle interazioni di van der Waals e possono essere smontati in alcuni solventi o processi termici. La mancanza di controllo sull'interfaccia dei due materiali in termini di comunicazione elettronica, natura chimica o distanza tra gli strati impedisce quindi la costruzione di robusti dispositivi multiuso.
Un team di ricercatori dell'Universidad Autónoma de Madrid e dell'IMDEA Nanociencia (Spagna) hanno collegato per la prima volta in modo covalente strati di materiali 2D:MoS2 e grafene. Il team ha utilizzato gli strumenti della chimica sintetica per "cucire" diversi fiocchi di MoS2 a dispositivi di grafene a strato singolo, utilizzando una molecola bifunzionale con due punti di ancoraggio. I risultati, pubblicati ora su Nature Chemistry , mostrano che le proprietà elettroniche finali dell'eterostruttura sono dominate dall'interfaccia molecolare.
La combinazione delle proprietà semiconduttive del dicalcogenuro di metallo di transizione MoS2 con l'elevata mobilità del vettore del grafene è particolarmente interessante per molteplici applicazioni. Il gruppo ha costruito transistor ad effetto di campo per testare le proprietà elettriche della struttura. Hanno riscontrato una modifica della caratteristica gate-voltage, con uno spostamento del cono di Dirac verso tensioni positive e una riduzione della corrente al minimo.
Questa soppressione attuale nel grafene è inequivocabilmente associata all'interruzione della sp 2 ibridazione in sp 3 per la formazione di legami covalenti. Un esperimento di controllo con MoS2 incontaminato sospeso sopra il grafene non ha mostrato cambiamenti significativi nell'intensità della banda D. È interessante notare che la mobilità del portatore di carica viene conservata dopo la funzionalizzazione e la formazione di legami covalenti tra MoS2 e grafene, essendo il grado di drogaggio del grafene controllabile tramite il grado di funzionalizzazione.
La fabbricazione di queste eterostrutture covalenti 2D-2D è relativamente facile. Un substrato di silicio contenente un foglio di grafene a strato singolo è stato immerso in una sospensione di MoS2 funzionalizzato in acqua a 35°C. Due ore di funzionalizzazione sono state sufficienti per promuovere il legame covalente nella maggior parte delle macchie di grafene. Per confermare la funzionalizzazione covalente, è stata eseguita la spettroscopia Raman per tracciare la trasformazione di sp 2 atomi di carbonio del grafene a sp 3 come indicazione della formazione di un nuovo legame CC.
Per la prima volta, i ricercatori hanno utilizzato gli strumenti della chimica per legare in modo covalente materiali 2D. I risultati mostrano la potenza dell'approccio chimico per costruire MoS2 -eterostrutture di grafene oltre van der Waals che preservano la mobilità portante del grafene per dispositivi FET ad alte prestazioni. La connessione covalente verticale apporta un'ulteriore leva alle proprietà finali dei nanodispositivi al di là delle proprietà intrinseche dei materiali e ha il potenziale per una facile omologazione ad alto rendimento. + Esplora ulteriormente
