Il lavoro, condotto dai ricercatori del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), in Corea del Sud, con colleghi di altre parti della Corea del Sud e del Giappone, è pubblicato sulla rivista Advanced Science .

Il singolo strato di atomi legati che compongono i materiali 2D può avere proprietà semiconduttrici adatte a realizzare componenti elettronici inclusi transistor su scale molto più piccole di quanto generalmente possibile. Ciò potrebbe spostare la microelettronica al livello della nanoelettronica, costruendo circuiti piccoli e più efficienti, compresi dispositivi flessibili e celle solari.

Alcuni dei materiali 2D più promettenti sono i dichalcogenuri di metalli di transizione (TMD), che contengono elementi dei gruppi di metalli di transizione della tavola periodica combinati con il doppio degli elementi calcogeno, in particolare zolfo, selenio e tellurio. Il team DGIST e i suoi colleghi hanno lavorato con cristalli TMD monostrato di tungsteno e zolfo, con la formula WS₂ .

Hanno studiato la tendenza delle molecole di ossigeno a essere adsorbite sui siti difettosi dei cristalli:posti vacanti di zolfo in cui manca un atomo di zolfo da WS₂ siti reticolari. Hanno esplorato le interazioni tra i difetti e le molecole di ossigeno con una tecnica chiamata spettroscopia di perdita di energia elettronica (EELS).

Questo utilizza un microscopio elettronico per sparare elettroni attraverso il materiale, quindi analizza i modelli di perdita di energia da parte degli elettroni per rivelare informazioni strutturali cruciali. I risultati dell'EELS sono stati combinati con approfondimenti provenienti da analisi ottiche e calcoli teorici.

I ricercatori hanno prestato particolare attenzione alla capacità delle molecole di ossigeno adsorbite di fissarsi sul posto quando il WS₂ i cristalli erano incapsulati all'interno di monostrati di un altro materiale, nitruro di boro esagonale (h-BN), sopra e sotto il WS₂ strato. h-BN è un ingrediente comune dei dispositivi elettronici e fotonici costruiti utilizzando TMD 2D.

Il fissaggio delle molecole di ossigeno nei siti dei difetti altera e stabilizza il comportamento elettronico dei TMD in un processo chiamato passivazione. Ciò influisce sui cristalli in modi sottili che influenzeranno la loro attività in una vasta gamma di applicazioni.

"Il nostro lavoro fornisce una nuova visione dei fenomeni legati ai difetti nei TMD 2D, che possono innescare approcci rivoluzionari per controllare gli stati dei difetti", afferma il Prof. Chang-Hee Cho, specialista in semiconduttori e nanofotonica del team DGIST.

"Speriamo ora di sviluppare nuovi approcci e tecniche sperimentali per controllare gli stati di difetto dei TMD 2D utilizzando l'incapsulamento h-BN", aggiunge Cho. "Ciò ci consentirà di far sì che il metodo sia pronto per lo sviluppo su vasta scala e per eventuali usi commerciali."