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科學(xué)家們首次實現(xiàn)二維材料的微觀結(jié)構(gòu)變化的觀察

2018-09-30 12:01:42 作者：clkjzx 來源：phys 分享至：

左圖----一種由材料暴露在環(huán)境中引起缺陷的MoS2的實驗圖像（通過掃描隧道顯微鏡STM獲得），中間----STM圖像的模擬結(jié)果，右圖----層狀原子的結(jié)構(gòu)模型。圖片來源：NUST MISIS

這是有史以來第一次詳細描述了在長期環(huán)境影響下二維二硫化鉬的結(jié)構(gòu)變化，該研究由來自NUST MISIS、匈牙利科學(xué)院、Namur大學(xué)（比利時）和韓國標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)研究所的一個國際科學(xué)家團隊完成。新的研究結(jié)果縮小了二硫化鉬在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，同時也為利用二維材料作為催化劑開辟了新的道路。該研究成果已發(fā)表在國際科學(xué)雜志Nature Chemistry上。

二硫化鉬（MoS2）被認為是各種微電子設(shè)備如高頻探測器、整流器和晶體管的潛力材料，因此世界各地的研究團隊都在積極研究它的二維形態(tài)——MoS2納米薄膜。然而，新的研究表明，當(dāng)這種二維材料在空氣中氧化嚴(yán)重時，它就變成了另一種形態(tài)。

任何使用MoS2的電子設(shè)備如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo，就會相對較快地停止工作。因而要在微電子學(xué)中使用MoS2，這些設(shè)備必須封裝保存。

“有史以來第一次，我們成功地通過實驗證明，在環(huán)境條件下，二硫化鉬會一層一層的嚴(yán)重降解，氧化并轉(zhuǎn)化為固體溶液MoS2-xOx。”研究小組組長、NUST MISIS無機納米材料實驗室的首席研究員Pavel Sorokin說：“二硒化鉬可以作為沒有缺陷和損失的二維半導(dǎo)體，這是另一種具有類似結(jié)構(gòu)的材料。”

在實驗中，利用超聲波對二硫化鉬晶體進行分層，在常溫下和長時間（18個月以上）的環(huán)境條件下，對二硫化鉬的二維層進行了維護，在此過程中，科學(xué)家觀察了其表面結(jié)構(gòu)的變化。

“由于使用了掃描顯微鏡，我們能夠在長期接觸環(huán)境條件的情況下，追蹤二維二硫化物晶體的結(jié)構(gòu)變化。我們發(fā)現(xiàn)以前被認為是穩(wěn)定的物質(zhì)實際上是自發(fā)氧化的，但同時，MoS2單分子的原始晶體結(jié)構(gòu)保留了MoS2-xOx的固體溶液。我們的模擬提出一種解決固體機制的方案，并且與理論計算的結(jié)果是完全一致的。

Sorokin總結(jié)說：”這項研究的第二個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，二硫化鉬的單層材料變成了固體溶液MoS2-xOx的二維晶體，它是機電過程的有效催化劑。“

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