Ученые обнаружили дихалькогенид со свойствами монослоя
 Изображения дисульфида рения, а также сравнение его структуры с другими дихалькогенидами. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Дихалькогениды представляют собой легко обрабатываемые полупроводниковые пленки, которые можно использовать при создании схем маломощной электроники, в частности, дешевых гибких дисплеев, датчиков, а также других гибких компонент, которые могут быть нанесены на самые разнообразные поверхности.
Дихалькогениды имеют химическую формулу MX2, где М – это переходной металл (например, молибден или вольфрам), а X – халькоген (к примеру, сера, селен или теллур). Объемный дихалькогенид представляет собой полупроводник с непрямой запрещенной зоной, но он превращается в полупроводник прямой запрещенной зоной при уменьшении толщины кристалла до монослоя. Поскольку монослои подобных материалов также эффективно поглощают и излучают свет, они идеально подходят для создания различных оптоэлектронных устройств, к примеру, светоизлучающих диодов или солнечных батарей.
Изученные на сегодняшний день дихалькогениды изменяют свои полупроводниковые свойства, благодаря сильному взаимодействию между соседними слоями в материалах. Но недавно обнаруженный учеными из University of California, Lawrence Berkeley National Lab (США) и других научных лабораторий член этого семейства, ReS2 (дисульфид рения), не имеет такого взаимодействия. Как объемный кристалл, так и монослой дисульфида рения является «прямым» полупроводником, имея при этом одинаковую ширину запрещенной зоны.
Как считают исследователи, столь отличное поведение является следствием различий в симметрии кристалла и практически полным отсутствием межслойного взаимодействия. Таким образом, дисульфид рения ведет себя так, будто является чистым изолированным монослоем. Это довольно интересный результат, поскольку теперь физику двумерных материалов вполне можно изучать на примере трехмерного кристалла (а значит, для подробных исследований больше не нужно готовить качественные монослои большой площади, что технически довольно сложно).
В своей работе ученые синтезировали дисульфид рения при высоких температурах. После чего с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, фотолюминесцентной спектроскопии, а также спектроскопии фотоотражения сравнивали свойства монослоев, многослойных и объемных фрагментов материала. Надо отметить, что исследования выявили у дисульфида рения совершенно иной оптический спектр, нежели у других представителей семейства дихалькогенидов. К примеру, интенсивность люминесценции этого материала возрастает с увеличением числа слоев материала, но пик фотолюминесценции при этом остается постоянным, а значит, ширина запрещенной зоны материала не изменяется из-за межслойных связей. Другие дихалькогениды переходных металлов излучают меньше света при увеличении количества слоев, при этом запрещенная зона изменяется довольно резко.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Communications.
В ближайшее время научная группа планирует сосредоточиться на дальнейшем изучении физических свойств дисульфида рения, как в объемных, так и в однослойных структурах, а также в условиях введения в материал дефектов. Кроме того, планируется создать соединения дисульфида рения с другими дихалькогенидами и изучить свойства подобных композитов.
Также по теме:
- Интеркалирование позволяет настроить плазмонные свойства
- Дефекты повышают фотолюминесценцию двумерных полупроводников
- Двумерные полупроводниковые монослои могут излучать больше света
- Покрытие из новых двумерных кристаллов позволяет легко получать электроэнергию
- Двумерные полупроводниковые монослои могут излучать больше света
Источники: