Die Forscher entwickelten eine universelle duale Metallvorstufenmethode zum Züchten von nicht geschichteten 2D-Materialien

Zweidimensionale Übergangsmetallchalkogenide (2D-TMCs) haben aufgrund ihrer reichhaltigen Materialauswahl und ihrer möglichen Verwendung in vielen Bereichen wie Elektronik und Optoelektronik großes Interesse geweckt. Als Ergänzung zu den umfassend untersuchten geschichteten TMCs (z. B. MoS2) sind nicht geschichtete TMCs einzigartig. Sie weisen ungesättigte freie Bindungen auf der Oberfläche und eine starke Bindung innerhalb der Schichten und zwischen den Schichten auf.

Bisher beschränkten sich die Untersuchungen dieser nicht geschichteten TMC-Materialien – eingeschränkt durch etablierte Präparationsmethoden – hauptsächlich auf Bulks oder polykristalline Filme, was die Erforschung ihrer physikalischen Eigenschaften und Eigenschaften an der 2D-Dickengrenze behinderte. In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in Wissenschaftsbulletin, eine Gruppe unter der Leitung von Profs. Bilu Liu und Hui-Ming Cheng vom Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute (TBSI) der Tsinghua University und Profs. Junhao Lin und Yue Zhao von der Southern University of Science and Technology haben eine neuartige Dual-Metall-Precursor-Methode entwickelt, die das kontrollierbare Wachstum verschiedener nicht geschichteter 2D-TMCs realisiert, einschließlich Fe1-xS, Fe1-xSe, Co1-xS, Cr1-xS und V1-xS.

Bei diesem Dualmetall-Wachstumsverfahren wurde die Mischung aus Metallchlorid mit niedrigem Schmelzpunkt und dem entsprechenden Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt als die Dualmetall-Vorstufen verwendet. Während des Gasphasenreaktionsprozesses wurde die Verdampfungsrate gut kontrolliert, um eine konstante Metallquellenzufuhr bereitzustellen und das Wachstum von nicht geschichteten 2D-TMCs mit geringer Dicke zu erleichtern. Unter hexagonalem Fe1–xS als Beispiel, die Dicke beträgt bis zu 3 nm bei einer lateralen Größe bis zu > 100 &mgr;m.

Dank der ultradünnen Natur und flachen Oberfläche der erhaltenen Flocken werden die Struktur und das Transportverhalten von Fe1-xS an der 2D-Dickengrenze wurden zum ersten Mal gemessen. Fortgeschrittene mikroskopische Inspektionen zeigen, dass intrinsische geordnete Kationenleerstellen in der nicht geschichteten TMC-Familie existieren. Im krassen Gegensatz dazu sind Anionenleerstellen (S, Se und Te) bekannte dominante Punktdefekte in üblichen geschichteten TMCs wie MoS2. Tieftemperatur-Transportmessungen und theoretische Berechnungen zeigen, dass 2D Fe1–xS ist ein Halbleiter mit einer schmalen Bandlücke von 20–60 meV. Im Vergleich zu anderen 2D-Materialien mit schmaler Bandlücke wie 1T‘-MoTe2 und schwarzem Phosphor, 2D Fe1–xS zeigt eine bessere Luftstabilität und thermische Stabilität. Diese Arbeit löst im Wesentlichen das Problem der Züchtung ultradünner, nicht geschichteter Materialien und liefert somit eine Materialbasis sowohl für die grundlegende Untersuchung als auch für Anwendungen dieser neuen Familie von nicht geschichteten 2D-Materialien.