Монослои дихалькогенидов переходных металлов

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 июля 2024 года; проверки требуют 2 правки.
Перейти к навигации Перейти к поиску
(а) Структура гексагонального монослоя ДПМ. Атомы М показаны чёрным, атомы Х — жёлтым. (б) Шестиугольный монослой ДПМ, вид сверху.

Монослои дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) представляют собой атомарно тонкие кристаллы типа MX2, где M — атом переходного металла (Mo, W и другие), а X — атом халькогена (S, Se или Te). Один слой атомов М зажат между двумя слоями атомов Х. Они являются частью большого семейства так двумерных кристаллов, названных так, чтобы подчеркнуть их необычайную тонкость. Например, толщина монослоя MoS2 составляет всего 6,5 Å. Ключевой особенностью этих материалов является взаимодействие крупных атомов в 2D-структуре по сравнению с дихалькогенидами переходных металлов первого ряда, например, WTe2 проявляет аномальное гигантское магнитосопротивление и сверхпроводимость[1][2].

Открытие графена показывает, как появляются новые физические свойства, когда объёмный кристалл макроскопических размеров утончается до одного атомного слоя. Как и графит, объёмные кристаллы ДПМ состоят из монослоёв, связанных друг с другом силами Ван-дер-Ваальса. Монослои ДПМ обладают свойствами, резко отличающимися от свойств полуметаллического графена:

  • монослои ДПМ MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, MoTe2 имеют прямую запрещённую зону и могут использоваться в электронике в качестве транзисторов и в оптике в качестве эмиттеров и детекторов[3][4][5][6].
  • Кристаллическая структура монослоя ДПМ не имеет центра инверсии, что позволяет получить доступ к новой степени свободы носителей заряда, а именно к индексу k-долины, и открыть новую область физики: валитронику[7][8][9][10].
  • Сильная спин-орбитальная связь в монослоях ДМД приводит к спин-орбитальному расщеплению[11] на сотни мэВ в валентной зоне и на несколько мэВ в зоне проводимости, что позволяет управлять спином электрона путём настройки энергии фотонов возбуждающего лазера и направлением круговой поляризации[12].
  • 2D-природа и сильное спин-орбитальное взаимодействие в слоях ДПМ могут быть использованы в качестве перспективных материалов для приложений спинтроники[13][14].

Работа над монослоями ДПМ является новой областью исследований и разработок с момента открытия прямой запрещённой зоны[3] и потенциальных приложений в электронике[15][4] и валитроники[8][9][10]. ДПМ часто комбинируют с другими двумерными материалами, такими как графен и гексагональный нитрид бора, для создания гетероструктур Ван-дер-Ваальса. Эти гетероструктуры необходимо оптимизировать, чтобы их можно было использовать в качестве строительных блоков для множества различных устройств, таких как транзисторы, солнечные элементы, светодиоды, фотодетекторы, топливные элементы, фотокаталитические и сенсорные устройства. Некоторые из этих устройств уже используются в повседневной жизни и могут стать меньше, дешевле и эффективнее за счёт использования монослоев ДПМ[16][17].

Кристальная структура

[править | править код]
Кристаллическая структура ДПМ.

Дихалькогениды переходных металлов состоят из трёх атомных плоскостей и часто двух видов атомов: металла и двух халькогенов. Сотовая шестиугольная решётка имеет ось симметрии третьей степени и может иметь зеркальную плоскостную симметрию и/или инверсную симметрию[18]. В макроскопическом объёмном кристалле, точнее, при чётном числе монослоев, кристаллическая структура имеет центр инверсии. В случае монослоя (или любого нечётного числа слоёв) кристалл может иметь или не иметь центра инверсии.

Нарушенная инверсионная симметрия

[править | править код]

При отсутствии центра инверсии есть два важных следствия:

  • нелинейные оптические явления, такие как генерация второй гармоники, при которой, кристалл возбуждаемый лазером, преобразует падающую частоту излучения в увеличенную вдвое частоту[19][20][21][22],
  • электронная зонная структура с прямой зонной структурой, где края как зоны проводимости, так и валентной зоны расположены в неэквивалентных K-точках (K+ и K-) двумерной гексагональной зоны Бриллюэна. Межзонные переходы в окрестности точки К+ (или К-) связаны с состояниями правой (или левой) круговой поляризации фотонов. Правила отбора, зависящие от долины, возникают в результате нарушения инверсной симметрии. Это обеспечивает удобный метод воздействия на определённые состояния долин (K+ или K-) с помощью оптического возбуждения с круговой поляризацией (правой или левой)[10]. В сочетании с сильным спиновым расщеплением спин и степень свободы. связанная с долинами, зависят друг от друга, что обеспечивает стабильную поляризацию долины[23][24][25].

Характеристики

[править | править код]

Транспортные свойства

[править | править код]
Представительная схема секции полевого транзистора на основе монослоя MoS2[4].

В субмикронных масштабах 3D-материалы больше не ведут себя так же, как их 2D-форма, что может быть преимуществом. Например, графен имеет очень высокую подвижность носителей и сопутствующие меньшие потери из-за эффекта Джоуля (нагрев из-за тока). Но графен имеет нулевую запрещённую зону, что приводит к высоким токам утечки в транзисторных приложениях. Альтернативой могут быть монослои ДПМ: они структурно стабильны, имеют запрещённую зону и подвижность электронов, сравнимую с подвижностью кремния, поэтому их можно использовать для изготовления транзисторов.

Хотя было обнаружено, что тонкослойные ДПМ имеют более низкую подвижность электронов, чем объёмные TMD, скорее всего, потому, что их тонкость делает их более восприимчивыми к дефектам, было обнаружено, что покрытие ДПМ HfO2 или гексагональным нитридом бора (hBN) увеличивает их эффективная подвижность носителей[26].

Оптические свойства

[править | править код]
Теоретические энергии экситонов типа A и B[27]
А (эВ) А (нм) Б (эВ) Б (нм)
МоС 2 1,78 695 1,96 632
МоСе 2 1,50 825 1,75 708
МоТе 2 1.06 1170 1,36 912
WS 2 1,84 673 2.28 544
ВСе 2 1,52 815 2.00 620

Полупроводник может поглощать фотоны с энергией, большей или равной энергии запрещённой зоны. Это означает, что поглощается свет с более короткой длиной волны. Полупроводники обычно являются эффективными эмиттерами, если минимум энергии зоны проводимости находится в той же точке k-пространства, что и максимум валентной зоны, то есть при прямозонной структуре. Ширина запрещённой зоны объёмного материала ДПМ вплоть до толщины двух монослоёв всё ещё является непрямой, поэтому эффективность излучения ниже по сравнению с монослойными материалами. Эффективность излучения для монослоя ДПМ примерно в 104 выше, чем для того же объёмного материала[5]. Энергии запрещённых зон монослоев ДПМ находятся в видимом диапазоне (от 400 нм и 700 нм). Прямая эмиссия показывает два экситонных перехода, называемых A и B, разделённых энергией спин-орбитальной связи. Самой низкой энергией и, следовательно, наиболее важной по интенсивности является эмиссия перехода А[3][28]. Благодаря прямой запрещённой зоне монослои ДПМ являются перспективными материалами для приложений оптоэлектроники.

Типичная схема секции сверхчувствительного фотоприёмника на основе монослоя MoS2[6].

Атомные слои MoS2 использовались в качестве фототранзистора и сверхчувствительных детекторов. Фототранзисторы являются важными устройствами: первый из них с активной областью, состоящих из монослоя MoS2 демонстрирует фоточувствительность 7,5 мА Вт−1, что аналогично графеновым устройствам, которые достигают фоточувствительности 6,1 мА Вт−1. Многослойные MoS2-фототранзисторы демонстрируют более высокую фоточувствительность, около 100 мА Вт−1, что аналогично кремниевым устройствам. Создание золотого контакта на дальних краях монослоя позволяет изготовить сверхчувствительный детектор[6]. Такой детектор имеет фоточувствительность, достигающую 880 А Вт−1, что в 106 раз больше, чем у первых графеновых фотодетекторов. Столь высокая степень электростатического контроля обусловлена тонкой активной областью. Его простота и тот факт, что он имеет только одну полупроводниковую область, тогда как нынешнее поколение фотодетекторов обычно представляет собой p — n-переход, делает возможным промышленное применение высокочувствительных и гибких фотодетекторов. Единственным ограничением для доступных в настоящее время устройств является медленная динамика фотоответа[6].

Механические свойства

[править | править код]

Интерес к использованию монослоев ДПМ, таких как MoS2 , WS2 и WSe2, для использования в гибкой электронике из-за перехода от непрямой запрещённой зоны в 3D к прямой запрещённой зоне в 2D, подчеркивает важность механических свойств этих материалов[29]. В отличие от объёмных образцов, 2D-монослои материала гораздо сложнее равномерно деформировать, и, как следствие, проведение механических измерений 2D-систем становится более сложной задачей. Метод, разработанный для решения этой проблемы, называемый наноиндентированием атомно-силовой микроскопии (АСМ), включает в себя изгиб двумерного монослоя, подвешенного над подложкой с отверстиями, с помощью кантилевера АСМ и измерение диаграммы сила-смещение[30]. С помощью этого метода было обнаружено, что бездефектные однослойные образцы MoS2 имеют модуль Юнга 270 ГПа с максимальной испытываемой деформацией 10 % перед разрушением[31]. В той же работе установлено, что двухслойные образцы MoS2 имеют меньший модуль Юнга — 200 ГПа, что связано с межслоевым скольжением и дефектами плёнки[31]. С увеличением толщины чешуек решающую роль играет изгибная жёсткость, и установлено, что модуль Юнга многослойных, 5-25 слоев, полученных механическим расщеплением MoS2 составляет 330 ГПа[32].

Механические свойства других ДПМ, таких как WS2 и WSe2, также были определены. Например, модуль Юнга многослойного, 5-14 слоёв, WSe2, равен 167 ГПа при максимальной деформации 7 %[33]. Для WS2 модуль Юнга монослойных образцов, выращенных методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), составляет 272 ГПа[34]. В результате этого же исследования было обнаружено, что модуль Юнга монослойных плёнок MoS2, выращенных ием же методом, составляет 264 ГПа[34]. Это интересный результат, поскольку модуль Юнга образцов поленных механическим расзеплением MoS2 почти такой же, как и у образцов MoS2, выращенных методом CVD. Принято считать, что ДПМ, полученные химическим методом, будут содержать больше дефектов по сравнению с механическим методом из более совершенных объёмных кристаллов, а это означает, что дефекты (точечные дефекты и т. д.), входящие в состав образцов, не оказывают радикального влияния на прочность самой плёнки.

При приложении деформации измеряется уменьшение прямой и непрямой запрещённой зоны, которое приблизительно линейно зависит от деформации[35]. Непрямая запрещённая зона уменьшается быстрее при приложении деформации к монослою, чем прямая запрещённая зона, что приводит к переходу от прямой к непрямой запрещённой зоне при уровне деформации около 1 %[36]. В результате ожидается снижение эмиссионной эффективности монослоёв для сильно деформированных образцов[37]. Это свойство обеспечивает механическую настройку электронной структуры, а также возможность изготовления устройств на гибких подложках.

Изготовление

[править | править код]

Механическое расщепление

[править | править код]

Механическое расщепление — это подход сверху вниз. В объёмном виде ДПМ представляют собой кристаллы, состоящие из слоёв, связанных силами Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия слабее, чем химические связи между Mo и S, например, в MoS2. Таким образом, монослои ДПМ можно получить путём микромеханического расщепления, как и графен.

Кристалл ДПМ трётся о поверхность другого материала (любой твёрдой поверхности). На практике клейкая лента накладывается на объёмный кристалл ДПМ и впоследствии удаляется. Клейкая лента с крошечными плёнками ДПМ, отделяющимися от объёмного материала прижимается к подложке. При удалении клейкой ленты на подложке остаются однослойные и многослойные плёнки ДПМ. С помощью этого метода получаются небольшие образцы однослойного материала, обычно с характерным размером около 5-10 микрометров[38].

Большие количества расслоённого материала также можно получить с помощью жидкофазного химического расщепления путём смешивания материалов ДПМ с растворителями и полимерами[39].

Химическое осаждение из газовой фазы

[править | править код]

Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) — ещё один подход, используемый для синтеза дихалькогенидов переходных металлов[40]. Он широко использовался для синтеза множества различных ДПМ, поскольку его можно легко адаптировать для различных материалов. Обычно выращивание ДПМ методом CVD достигается путём помещения соединений-прекурсоров материала, обычно оксида переходного металла и чистого халькогена, в печь с подложкой, на которой будет формироваться материал[41]. Печь нагревается до высоких температур (от 650 до 1000°С) с инертным газом, обычно N2 или Ar, продуваемом через трубку[41]. Для образования некоторых материалов в качестве катализатора требуется газообразный H2, поэтому его можно пропускать через печь в меньших количествах, чем инертный газ[42].

Помимо традиционного CVD, для синтеза ДПМ использовалось химическое осаждение металлоорганических соединений (MOCVD). В отличие от традиционного CVD, описанного выше, в MOCVD используются газообразные прекурсоры, в отличие от твёрдых прекурсоров, и MOCVD обычно проводится при более низких температурах, от 300 до 900°С[43]. Было показано, что MOCVD обеспечивает более последовательный рост в масштабе пластины, чем традиционное CVD.

CVD часто используется вместо механического расщепления, несмотря на его дополнительную сложность, поскольку он может создавать монослои размером от 5 до 100 микрон в отличие от участков поверхности размером примерно 5-10 микрон, получаемых с использованием метода механического расщепления[44]. Монослои ДПМ, полученные методом CVD, не только имеют большую площадь поверхности, чем плёнки, полученные механическим методом, но и часто более однородны. Однослойные образцы ДПМ с очень небольшим количеством многослойных областей или вообще без них могут быть получены методом химического осаждения из паровой фазы, в отличие от образцов, полученных методом механического расщепления, которые часто имеют много многослойных областей[38][41]. Методы геометрически ограниченного роста также недавно применяются для реализации однодоменных монослойных массивов ДПМ в масштабе пластины и их гетероструктур[45].

Молекулярно-лучевая эпитаксия

[править | править код]

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — признанный метод выращивания полупроводниковых устройств с контролем толщины атомного монослоя. МЛЭ использовался для выращивания различных ДПМ, таких как MoSe2, WSe2, и теллуриды ранних переходных металлов, включая титан, ванадий и хром[46][47][48], в результате чего получаются чрезвычайно чистые образцы толщиной всего 0,5 монослоя[46][48].

Рост происходит в сверхвысоком вакууме (СВВ). Прекурсоры целевых материалов помещаются в испарительные ячейки, обычно в виде порошка (например, селена) или стержня (например, молибдена)[46]. Некоторые элементы, такие как селен и теллур, оба из которых являются халькогенами, могут использоваться в чистой твёрдой форме в качестве прекурсоров. Однако некоторые элементы можно использовать только при их извлечении из твёрдых соединений, например сера из FeS2. Сложные материалы разрушаются при нагревании материала при сверхвысоком вакууме[49]. Испарительные ячейки представляют собой либо ячейки Кнудсена, либо ячейки для электронно-лучевого испарения, в зависимости от материалов; электронно-лучевое испарение работает со стержнями и может использоваться для достижения высоких температур без перегрева нагревательных нитей, а ячейки Кнудсена подходят для порошков и материалов с более низкой точкой испарения. Испаренные материалы затем направляются к подложке; некоторые распространённые из них — MoS2, HOPG, слюда или сапфировая подложка, такая как Al2O3[46][47][48][50]. Конкретный субстрат выбирается так, чтобы он лучше всего соответствовал целевому росту. Во время процесса подложку нагревают для ускорения диффузии, при температуре от 300°С до 700°С. Температура подложки является одним из ключевых факторов роста, и её изменение можно использовать для выращивания различных фаз, таких как 1T и 2H, одного и того же материала[46].

МЛЭ имеет некоторые преимущества как в отношении ручного расщепления, так и в отношении CVD. Использование дифракции быстрых электронов на отражение (RHEED) позволяет контролировать процесс в реальном времени, а это, помимо сверхвысокого вакуума и низкой скорости роста, позволяет создавать чистые, атомарно тонкие монослои[46][51]. Улучшение качества образцов значительно по сравнению с расщеплением, поскольку MBE более эффективно удаляет крупные хлопья и примеси. В отличие от CVD, МЛЭ оказывается полезным, когда требуются однослойные ДПМ[48][51]. Недостатком МЛЭ является то, что это относительно сложный процесс, требующий большого количества специализированного оборудования. Поддержание сверхвысокого давления может быть затруднено, а подготовка проб происходит медленнее, чем при использовании двух других методов.

Электрохимическое осаждение

[править | править код]

Электроосаждение является одним из методов, появившихся для производства полупроводниковых ДПМ, таких как MoS2, WS2 и WSe2. В нескольких статьях показано контролируемое электроосаждение слоёв ДПМ вплоть до монослоя[52][53][54][55]. До сих пор эти материалы демонстрировали непрерывные плёнки с хорошей однородностью, но обычно требуют температур отжига > 500°С. Об электроосаждении плёнок ДПМ успешно сообщалось на проводящих плёнках, таких как графен и TiN, а также на изоляторе SiO2 путём выращивания ДПМ латерально, начиная с проводящей плёнки[56].

Электронная зонная структура

[править | править код]

Запрещённая зона

[править | править код]

В объёмном виде ДПМ имеют непрямую зону в центре зоны Бриллюэна, тогда как в монослойном виде энергетическая щель становится прямой и располагается в К-точках[57][3].

Спин-орбитальное взаимодействие

[править | править код]
Теоретические энергии спин-орбитального взаимодействия[58][59]
Валентная зона

расщепление (эВ)

Зона проводимости

расщепление (эВ)

МоС 2 0,148 0,003
WS 2 0,430 0,026
МоСе 2 0,184 0,007
ВСе 2 0,466 0,038
МоТе 2 0,219 0,034

Для ДПМ атомы тяжёлые, а электронные состояния внешних слоёв состоят из d-орбиталей, которые имеют сильное спин-орбитальное взаимодействие, что устраняет спиновое вырождение как в зоне проводимости, так и в валентной зоне, то есть вводит сильное энергетическое расщепление между состояниями со спином вверх и вниз. В случае MoS2 спиновое расщепление в зоне проводимости находится в диапазоне мэВ; ожидается, что оно будет более выраженным в другом материале, таком как WS2[60][61][62][что?]. Спин-орбитальное расщепление в валентной зоне составляет несколько сотен мэВ.

Взаимодействие между спином и долиной и степень свободы электронной долины

[править | править код]
Спиновые расщепления и правила отбора[59].
Фотолюминесценция (ФЛ) монослоя MoS2 при 4 K возбуждается σ±поляризованным лазером. Монослой поглощает падающий свет и переизлучает его с более низкой энергией.

Путём управления степенью свободы заряда или спина носителей, как это предлагает спинтроника, уже созданы новые устройства. Если в структуре электронной зоны в k-пространстве имеются разные экстремумы зоны проводимости/валентной зоны, то носитель может находиться в одной из этих долин. Эта степень свободы открывает новую область физики: управление индексом k-долины носителей, также называемое валитроникой[23][63].

Для кристаллов монослоев ДПМ симметрия чётности нарушена, центр инверсии больше не существует. K долины разных направлений в двумерной гексагональной зоне Бриллюэна больше не эквивалентны. Итак, есть два вида К-долин, называемые К+ и К-. Также наблюдается сильное энергетическое вырождение различных спиновых состояний в валентной зоне. Преобразование одной долины в другую описывается оператором обращения времени. Более того, симметрия кристалла приводит к правилам отбора, зависящим от долины: фотон с правой круговой поляризацией (σ+) инициализирует носитель в долине K+, а фотон с левой круговой поляризацией (σ-) инициализирует носитель в долине K-[8]. Благодаря этим двум свойствам (взаимодействие спин-долина и правила отбора) лазер определённой поляризацией и энергии позволяет инициализировать состояния электронной долины (K+ или K-) и спиновые состояния (вверх или вниз)[2].

Испускание и поглощение света: экситоны

[править | править код]

Один слой ДПМ может поглощать до 20 % падающего света[6], что беспрецедентно для такого тонкого материала. Когда фотон подходящей энергии поглощается монослоем ДПМ, в зоне проводимости создаётся электрон; электрон, отсутствующий теперь в валентной зоне, ассимилируется положительно заряженной квазичастицей, называемой дыркой. Отрицательно заряженный электрон и положительно заряженная дырка притягиваются посредством кулоновского взаимодействия, образуя связанное состояние, называемое экситоном, которое можно рассматривать как атом водорода (с некоторым отличием). Эта бозоноподобная квазичастица очень хорошо известна и изучена в традиционных полупроводниках, таких как GaAs и ZnO, но в ДПМ она открывает новые возможности для приложений и изучения фундаментальной физики. Действительно, уменьшенное диэлектрическое экранирование и квантово-размерный эффект, присутствующие в этих ультратонких материалах, делают энергию связи экситонов намного сильнее, чем в традиционных полупроводниках. Энергии связи в несколько сотен мэВ наблюдаются для всех четырёх основных членов семейства ДПМ[22][28][64][65][66].

Диаграмма энергетических уровней экситона, как если бы это был атом водорода[67].

Как упоминалось ранее, экситон можно представить как атом водорода, где электрон связан с дыркой. Основное отличие состоит в том, что эта система неустойчива и стремится релаксировать к вакуумному состоянию, которое здесь представлено электроном в валентной зоне. Разница в энергии между «основным состоянием» экситона (n=1) и «вакуумным состоянием» называется оптической щелью и представляет собой энергию фотона, испускаемого при рекомбинации экситона. Это энергия фотонов, испускаемых монослоями ДПМ и наблюдаемых в виде огромных пиков излучения в экспериментах по фотолюминесценции (ФЛ), таких как тот, который обозначен X0 на рисунке. В этой картине энергия связи EB определяется как разница между шириной запрещённой зоны свободной частицы и оптической запрещённой зоной и представляет собой, как обычно, энергию, необходимую для разделения дырки и электрона. Существование этой разницы энергий называется перенормировкой запрещённой зоны. На этом аналогия с атомом водорода не заканчивается, поскольку экситонные возбуждённые состояния наблюдались при более высоких энергиях и с помощью других методов[22][64].

Из-за спин-орбитального расщепления валентной зоны в ДПМ существуют две разные серии экситонов, называемые А- и В-экситонами. В серии А дырка расположена в верхней ветви валентной зоны, а для В-экситона — в нижней ветви. Как следствие, оптическая щель для B-экситона больше, и соответствующий пик обнаруживается при более высоких энергиях при фотолюминисценции и спектроскопии отражения.

В спектрах ФЛ монослоёв ДПМ обычно появляется ещё один пик, связанный с различными квазичастицами, называемыми трионами[68][69]. Это экситоны, связанные с другим свободным носителем, которым может быть электрон или дырка. Как следствие, трион представляет собой отрицательно или положительно заряженный комплекс. Присутствие сильного трионного пика в спектре ФЛ, в конечном счёте более сильного, чем пик, связанный с рекомбинацией экситонов, является признаком легированного монослоя. Сейчас считается, что это легирование является внешним, что означает, что оно возникает из-за заряженных ловушек, присутствующих в подложке (обычно SiO2). Размещение монослоя ДПМ между двумя чешуйками hBN устраняет это примесное легирование и значительно повышает оптическое качество[уточнить] образца[67][70].

При более высоких степенях возбуждения биэкситоны[71][72] наблюдались также в монослойных ДПМ. Эти комплексы образованы двумя связанными экситонами. Теория предсказывает, что даже более крупные комплексы носителей заряда, такие как заряженные биэкситоны (квинтоны) и биэкситоны, связанные с ионами, стабильны и должны быть видны в спектрах ФЛ[73]. Кроме того, было замечено, что фотоны также создаются на точечных дефектах в этих материалах в различных конфигурациях[74][75][76][77][78][79].

Радиационные эффекты монослоев ДПМ

[править | править код]

Обычными формами излучения, используемыми для создания дефектов в ДПМ, являются частицы и электромагнитное облучение, влияющее на структуру и электронные характеристики этих материалов. Изучалась реакция этих материалов на излучение для использования в средах с высоким уровнем радиации, таких как космические или ядерные реакторы[80]. Повреждение этого уникального класса материалов происходит главным образом в результате распыления и смещения металлов или радиолиза и зарядки изоляторов и полупроводников. Чтобы распылить атом, электрон должен быть в состоянии передать достаточно энергии, чтобы преодолеть порог повреждения[81]. Тем не менее, точное количественное определение этой энергии всё ещё необходимо определить для ДПМ. Например, в MoS2. воздействие пучка просвечивающего электронного микроскопа посредством распыления создаёт вакансии в решётке, которые затем собираются вместе в спектроскопические линии. Кроме того, при рассмотрении реакции этих материалов на излучение наиболее важными являются три параметра: выбор подложки[82], толщина образца[83] и процесс подготовки образца[84].

Янусовские монослои ДПМ

[править | править код]

Новый тип асимметричных дихалькогенидов переходного металла, янусовские монослои ДПМ, были синтезированы путём нарушения неплоской структурной симметрии посредством плазменного химического осаждения из газовой фазы[85]. Янусовские монослои ДПМ имеют асимметричную структуру MXY (M = Mo или W, X/Y = S, Se или Te)[86], проявляющую внеплоскостной оптический диполь[87] и пьезоэлектричество[88] из-за дисбаланса электронная волновая функция между дихалькогенидами, которые отсутствуют в неполярном монослое ДПМ, MX2. Кроме того, асимметричная структура янусовского MoSSe обеспечивает усиленное спин-орбитальное взаимодействие Рашбы, что предполагает, что асимметричный янусовский монослой ДПМ может быть многообещающим кандидатом для приложений спинтроники. а также считается отличным материалом для электрокатализа[89] или фотокатализа[90].

Янусовский MoSSe можно синтезировать методом CVD с индуктивно-связанной плазмой (ICP-CVD). Верхний слой атомов серы на MoS2 очищается ионами водорода, образуя промежуточное состояние MoSH. После этого промежуточное состояние дополняют селеном посредством термического отжига при 250°С в среде смеси газов водорода и аргона[85].

Использование

[править | править код]

Электроника

[править | править код]

Полевой транзистор (FET) из монослойного MoS2 показал коэффициент включения/выключения, превышающий 108 при комнатной температуре, благодаря электростатическому контролю проводимости в 2D-канале[91]. Были изготовлены полевые транзисторы из MoS2, MoSe2, WS2 и WSe2. Все они перспективны не только из-за их подвижности электронов и наличия запрещённой зоны, но и потому, что их очень тонкая структура делает их перспективными для использования в тонкой, гибкой электронике[92].

Сенсоры

[править | править код]

Ширина запрещённой зоны, которой обладают ДПМ, делает их привлекательными для сенсоров в качестве замены графена. Биосенсоры на основе полевых транзисторов полагаются на рецепторы, прикрепленные к монослою ДПМ. Когда целевые молекулы прикрепляются к рецепторам, это влияет на ток, текущий через транзистор[93].

Азотистые основания можно обнаружить в ДНК, когда они проходят через нанопоры, выполненные в MoS2[94]. Датчики нанопор основаны на измерении ионного тока через нанопоры в материале. Когда одна цепь ДНК проходит через пору, происходит заметное уменьшение ионного тока для каждого основания. Измерив ток, текущий через нанопору, можно затем секвенировать ДНК[94].

На сегодняшний день большинство датчиков создано на основе MoS2, хотя WS2 также исследовался[95].

Конкретные примеры

[править | править код]

Дисульфид молибдена

[править | править код]
Основная статья: Двумерный дисульфид молибдена
Слоистая структура MoS2 Mo — синий, S — жёлтый.
Balls and sticks model of a single layer 1H and 1T molybdenum disulfide
Модель шариков и стержней из однослойного дисульфида молибдена 1H и 1T.

Монослои дисульфида молибдена состоят из ячеек из одного слоя атомов молибдена, ковалентно связанных с двумя слоями атомов серы. В то время как объемный сульфид молибдена существует в виде полиморфов 1T, 2H или 3R, монослои дисульфида молибдена встречаются только в форме 1T или 2H[96]. Форма 2H имеет тригонально-призматическую геометрию[97], а форма 1T — октаэдрическую или тригональную антипризматическую геометрию[96]. Монослои молибдена также могут складываться друг в друга благодаря взаимодействиям Ван-дер-Ваальса между каждым слоем.

Проводимость

[править | править код]

Электрические свойства сульфида молибдена в электротехнических устройствах зависят от таких факторов, как количество слоёв[98], метод синтеза[96], природа подложки, на которую нанесены монослои,[99] и механической нагрузки[100].

По мере уменьшения числа слоёв ширина запрещённой зоны начинает увеличиваться от 1,2 эВ в объёмном материале до значения 1,9 эВ для монослоя[101]. Нечётное количество слоёв сульфида молибдена также придаёт электрические свойства, отличные от чётного количества слоёв сульфида молибдена, из-за циклического растяжения и освобождения, присутствующего в нечётном количестве слоев[102]. Сульфид молибдена представляет собой полупроводник p-типа, но он демонстрирует амбиполярное поведение, когда монослои сульфида молибдена, состоящие из 15 нм толщиной использовались в транзисторах[101]. Однако большинство электрических устройств, содержащих монослои сульфида молибдена, имеют тенденцию проявлять поведение полупроводника n-типа[97][103].

Ширина запрещённой зоны монослоев дисульфида молибдена также может регулироваться путём приложения механической деформации[100] или электрического поля[101]. Увеличение механической деформации смещает фононные моды слоёв сульфида молибдена[100]. Это приводит к уменьшению запрещённой зоны и переходу металл-изолятор[96]. Приложение электрического поля напряженностью 2-3 В нм−1 также уменьшает непрямую запрещённую зону бислоёв сульфида молибдена до нуля[96].

Интеркаляция лития в растворённой фазе и расслоение объёмного сульфида молибдена приводит к образованию слоёв сульфида молибдена с металлическим и полупроводниковым характером из-за распределения геометрий 1T и 2H внутри материала[101][96]. Это связано с тем, что две формы монослоёв сульфида молибдена имеют разные электрические свойства. Полиморфная модификация сульфида молибдена 1T имеет металлический характер, тогда как форма 2H демонстрирует полупроводникововые своства[97]. Однако слои дисульфида молибдена, полученные электрохимической интеркаляцией лития, имеют преимущественно 1T и, следовательно, металлический характер, поскольку не происходит преобразования в форму 2H из формы 1T[96].

Теплопроводность

[править | править код]

Теплопроводность монослоев дисульфида молибдена при комнатной температуре составляет 34,5 Вт/мК[104], а теплопроводность малослойного дисульфида молибдена — 52 Вт/мК[104]. С другой стороны, теплопроводность графена составляет 5300 Вт/мК[104]. Из-за довольно низкой теплопроводности наноматериалов дисульфида молибдена он не так перспективен для высокотемпературных применений, как некоторые другие 2D-материалы.

Синтез

[править | править код]

[105]

Механическое расщепление

[править | править код]

Методы расщепления для изоляции монослоёв дисульфида молибдена включают механическое расщепления[96], расщепление с использованием растворителя[97] и химическое расщепление[101].

Расщепление с помощью растворителя осуществляется путём обработки ультразвуком объёмного дисульфида молибдена в органическом растворителе, таком как изопропанол и N-метил-2-пирролидон, который диспергирует объёмный материал в наноплёнки, поскольку взаимодействия Ван-дер-Ваальса между слоями в объёмном материале разрушаются[96]. Количество производимых наноплёнок контролируется временем обработки ультразвуком[97], взаимодействием растворителя и дисульфида молибдена[96] и скоростью центрифуги[96]. По сравнению с другими методами расщепления, расщепление с помощью растворителя является самым простым методом крупномасштабного производства наноплёнок дисульфида молибдена[106].

Микромеханическое расщепление дисульфида молибдена было основано на той же методике, которая использовалась при выделении наноплёнок графена[106]. Микромеханическое расщепление позволяет получать наноплёнки дисульфида молибдена с низким уровнем дефектов, но не подходит для крупномасштабного производства из-за низкого выхода[97].

Химическое расщепление включает функционализацию дисульфида молибдена, а затем обработку ультразвуком для диспергирования наноплёнок[106]. Наиболее известным методом химического расщепления является интеркаляция лития, при которой литий интеркалируется в объёмный дисульфид молибдена, а затем диспергируется в нанолисты путём добавления воды[101].

Химическое осаждение из газовой фазы

[править | править код]

CVD рост наноплёнок дисульфида молибдена включает реакцию прекурсоров молибдена и серы на подложке при высоких температурах[106]. Этот метод часто используется при изготовлении электрических устройств с компонентами дисульфида молибдена, поскольку нанолисты наносятся непосредственно на подложку; уменьшаются неблагоприятные взаимодействия между подложкой и наноплёнками, которые могли бы возникнуть, если бы они были синтезированы отдельно[97]. Кроме того, поскольку толщину и площадь наноплёнок дисульфида молибдена можно контролировать путём выбора конкретных прекурсоров, можно регулировать электрические свойства наноплёнок[97].

Гальваника

Среди методов, которые использовались для раста дисульфида молибдена, имеется гальваника[107]. С помощью этой технологии на графеновых электродах были получены ультратонкие плёнки, состоящие из нескольких слоёв. Кроме того, другие материалы электродов также подвергались гальваническому покрытию MoS2, например, нитрид титана (TiN), стеклоуглерод и политетрафторэтилен[108][109][110]. Преимущество этого метода при производстве 2D-материалов заключается в его селективности пространственного роста и способности наноситься на не плоские поверхности. Контролировать толщину электроосаждённых материалов можно путём регулирования времени осаждения или тока.

Лазерная абляция

[править | править код]

Импульсное лазерное осаждение включает утончение объёмного дисульфида молибдена с помощью лазера для получения одно- или многослойных нанолистов дисульфида молибдена[96]. Это позволяет получать наноплёнки дисульфида молибдена определённой формы и размера[101]. Качество наноплёнок определяется энергией лазера и углом облучения[106].

Лазеры также можно использовать для формирования наноплёнок дисульфида молибдена из фуллереноподобных молекул дисульфида молибдена[111].

Дисульфид гафния

[править | править код]
HfS2 структура

Дисульфид гафния (HfS2) имеет слоистую структуру с прочной ковалентной связью между атомами Hf и S в слое и слабыми силами Ван-дер-Ваальса между слоями. Соединение имеет структуру типа CdI2 и представляет собой полупроводниковый материал с непрямой запрещённой зоной. Межслойное расстояние между слоями 0,56 нм, что мало по сравнению с ДПМ группы VIB, такими как MoS2, что затрудняет расщепление его атомных слоёв. Однако в последнее время его кристаллы с большим межслоевым расстоянием вырастили с использованием пути переноса химических паров[112]. Эти кристаллы расслаиваются в растворителях, таких как N-циклогексил-2-пирролидон (CHP), всего за несколько минут, что приводит к высокопроизводительному образованию его нескольких слоёв, что приводит к увеличению его непрямой запрещённой зоны с 0,9 эВ до 1,3 эВ. В качестве приложения в электронике его полевые транзисторы, созданные с использованием нескольких слоёв в качестве материала проводящего канала, обеспечивающего высокий коэффициент модуляции тока, превышающий 10000 при комнатной температуре. Таким образом, ДПМ группы IVB также имеют потенциальное применение в области оптоэлектроники.

Диселенид вольфрама

[править | править код]
Атомное изображение монослоя WSe2, показывающее гексагональную симметрию и тройные дефекты. Масштаб: 2 нм (0,5 нм на вставке).

Диселенид вольфрама представляет собой неорганическое соединение формулы WSe2. Соединение имеет гексагональную кристаллическую структуру, аналогичную дисульфиду молибдена. Каждый атом вольфрама ковалентно связан с шестью лигандами селена в тригонально-призматической координационной сфере, а каждый селен связан с тремя атомами вольфрама в пирамидальной геометрии. Связь вольфрам-селен имеет расстояние связи 2,526 Å, а расстояние между атомами селена составляет 3,34 Å[113]. Слои складываются вместе посредством сил Ван-дер-Ваальса. WSe2 является стабильным полупроводником в дихалькогенидах переходных металлов VI группы. Электронной запрещённой зоной WSe2 можно управлять посредством механической деформации[114], что также позволяет преобразовать тип зоны из непрямой в прямую в двухслойных плёнках WSe2[115].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Л. А. Чернозатонский, А. А. Артюх. Квазидвумерные дихалькогениды переходных металлов: структура, синтез, свойства и применение. УФН, т. 188, N 1, стр. 3–30 (2018). Дата обращения: 5 октября 2023. Архивировано 1 января 2022 года.
  2. ↑ 1 2 Eftekhari, A. (2017). "Tungsten dichalcogenides (WS2, WSe2, and WTe2): materials chemistry and applications". Journal of Materials Chemistry A. 5 (35): 18299—18325. doi:10.1039/C7TA04268J.
  3. ↑ 1 2 3 4 Splendiani, A. (2010). "Emerging Photoluminescence in Monolayer MoS2". Nano Letters. 10 (4): 1271—5. Bibcode:2010NanoL..10.1271S. doi:10.1021/nl903868w. PMID 20229981.
  4. ↑ 1 2 3 Radisavljevic, B. (2011). "Single-layer MoS2 transistors". Nature Nanotechnology. 6 (3): 147—50. Bibcode:2011NatNa...6..147R. doi:10.1038/nnano.2010.279. PMID 21278752. Архивировано 28 апреля 2021. Дата обращения: 2 октября 2023.
  5. ↑ 1 2 Sundaram, R. S. (2013). "Electroluminescence in Single Layer MoS2". Nano Letters. 13 (4): 1416—1421. arXiv:1211.4311. Bibcode:2013NanoL..13.1416S. doi:10.1021/nl400516a. PMID 23514373.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Lopez-Sanchez, O. (2013). "Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2". Nature Nanotechnology. 8 (7): 497—501. Bibcode:2013NatNa...8..497L. doi:10.1038/nnano.2013.100. PMID 23748194. Архивировано 7 июля 2022. Дата обращения: 2 октября 2023.
  7. ↑ Rycerz, A. (2007). "Valley filter and valley valve in graphene". Nature Physics. 3 (3): 172—175. arXiv:cond-mat/0608533. Bibcode:2007NatPh...3..172R. doi:10.1038/nphys547.
  8. ↑ 1 2 3 Cao, T. (2012). "Valley-selective circular dichroism of monolayer molybdenum disulphide". Nature Communications. 3 (6): 887. arXiv:1112.4013. Bibcode:2012NatCo...3..887C. doi:10.1038/ncomms1882. PMID 22673914.
  9. ↑ 1 2 Mak, K. F. (2012). "Control of valley polarization in monolayer MoS2 by optical helicity". Nature Nanotechnology. 7 (8): 494—8. arXiv:1205.1822. Bibcode:2012NatNa...7..494M. doi:10.1038/nnano.2012.96. PMID 22706698.
  10. ↑ 1 2 3 Zeng, H. (2012). "Valley polarization in MoS2 monolayers by optical pumping". Nature Nanotechnology. 7 (8): 490—3. arXiv:1202.1592. Bibcode:2012NatNa...7..490Z. doi:10.1038/nnano.2012.95. PMID 22706701.
  11. ↑ Reyes-Retana, J.A. (2016). "Spin–orbital effects in metal-dichalcogenide semiconducting monolayers". Scientific Reports. 6: 24093. Bibcode:2016NatSR...624093R. doi:10.1038/srep24093. PMID 27094967.
  12. ↑ Sallen, G. (2012). "Robust optical emission polarization in MoS2 monolayers through selective valley excitation". Physical Review B. 86 (8): 3—6. arXiv:1206.5128. Bibcode:2012PhRvB..86h1301S. doi:10.1103/PhysRevB.86.081301.
  13. ↑ Husain, Sajid (2018). "Spin pumping in the Heusler alloy Co2FeAl/MoS2 heterostructure: Ferromagnetic resonance experiment and theory". Physical Review B. 98 (18): 180404. Bibcode:2018PhRvB..98r0404H. doi:10.1103/PhysRevB.98.180404.
  14. ↑ Husain, Sajid (2020-12-01). "Emergence of spin–orbit torques in 2D transition metal dichalcogenides: A status update". Applied Physics Reviews. 7 (4): 041312. Bibcode:2020ApPRv...7d1312H. doi:10.1063/5.0025318.
  15. ↑ Briggs, Natalie (2019). "A roadmap for electronic grade 2D materials". 2D Materials. 6 (2): 022001. Bibcode:2019TDM.....6b2001B. doi:10.1088/2053-1583/aaf836.
  16. ↑ 2-D materials enhance a 3-D world. phys.org (10 января 2017). Дата обращения: 2 октября 2023. Архивировано 13 мая 2024 года.
  17. ↑ Nealon, Cory. This 'nanocavity' may improve ultrathin solar panels, video cameras and more. phys.org (13 мая 2016).
  18. ↑ Sung, S.H. (2019). "Stacking, strain, and twist in 2D materials quantified by 3D electron diffraction". Physical Review Materials. 3 (6): 064003. arXiv:1905.11354. Bibcode:2019PhRvM...3f4003S. doi:10.1103/PhysRevMaterials.3.064003.
  19. ↑ Kumar, N. (2013). "Second harmonic microscopy of monolayer MoS2". Physical Review B. 87 (16): 161403. arXiv:1302.3935. Bibcode:2013PhRvB..87p1403K. doi:10.1103/PhysRevB.87.161403.
  20. ↑ Malard, L. M. (2013). "Observation of intense second harmonic generation from MoS2 atomic crystals". Physical Review B. 87 (20): 201401. arXiv:1304.4289. Bibcode:2013PhRvB..87t1401M. doi:10.1103/PhysRevB.87.201401.
  21. ↑ Zeng, H. (2013). "Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides". Scientific Reports. 3: 1608. arXiv:1208.5864. Bibcode:2013NatSR...3E1608Z. doi:10.1038/srep01608. PMID 23575911.
  22. ↑ 1 2 3 Wang, G. (2015). "Giant Enhancement of the Optical Second-Harmonic Emission of WSe2 Monolayers by Laser Excitation at Exciton Resonances". Physical Review Letters. 114 (9): 097403. arXiv:1404.0056. Bibcode:2015PhRvL.114i7403W. doi:10.1103/PhysRevLett.114.097403. PMID 25793850.
  23. ↑ 1 2 Xiao, D. (2012). "Coupled Spin and Valley Physics in Monolayers of MoS2 and Other Group-VI Dichalcogenides". Physical Review Letters. 108 (19): 196802. arXiv:1112.3144. Bibcode:2012PhRvL.108s6802X. doi:10.1103/PhysRevLett.108.196802. PMID 23003071.
  24. ↑ Jones, A. M. (2013). "Optical generation of excitonic valley coherence in monolayer WSe2". Nature Nanotechnology. 8 (9): 634—8. arXiv:1303.5318. Bibcode:2013NatNa...8..634J. doi:10.1038/nnano.2013.151. PMID 23934096.
  25. ↑ Xu, X. (2014). "Spin and pseudospins in layered transition metal dichalcogenides". Nature Physics. 10 (5): 343—350. Bibcode:2014NatPh..10..343X. doi:10.1038/nphys2942.
  26. ↑ Manzeli, Sajedeh (2017-06-13). "2D transition metal dichalcogenides". Nature Reviews Materials. 2 (8). Bibcode:2017NatRM...217033M. doi:10.1038/natrevmats.2017.33. ISSN 2058-8437.
  27. ↑ Ramasubramaniam, A. (2012). "Large excitonic effects in monolayers of molybdenum and tungsten dichalcogenides". Physical Review B. 86 (11): 115409. Bibcode:2012PhRvB..86k5409R. doi:10.1103/PhysRevB.86.115409.
  28. ↑ 1 2 Qiu, D. Y. (2013). "Optical Spectrum of MoS2: Many-Body Effects and Diversity of Exciton States". Physical Review Letters. 111 (21): 216805. arXiv:1311.0963. Bibcode:2013PhRvL.111u6805Q. doi:10.1103/PhysRevLett.111.216805. PMID 24313514.
  29. ↑ Akinwande, Deji (2014-12-17). "Two-dimensional flexible nanoelectronics". Nature Communications. 5: 5678. Bibcode:2014NatCo...5.5678A. doi:10.1038/ncomms6678. PMID 25517105.
  30. ↑ Lee, Changgu (2008-07-18). "Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene". Science. 321 (5887): 385—388. Bibcode:2008Sci...321..385L. doi:10.1126/science.1157996. PMID 18635798.
  31. ↑ 1 2 Bertolazzi, Simone (2011-11-16). "Stretching and Breaking of Ultrathin MoS2". ACS Nano. 5 (12): 9703—9709. doi:10.1021/nn203879f. PMID 22087740. Архивировано 5 сентября 2021. Дата обращения: 2 октября 2023.
  32. ↑ Castellanos-Gomez, Andres (2012). "Elastic Properties of Freely Suspended MoS2 Nanosheets". Advanced Materials. 24 (6): 772—775. arXiv:1202.4439. Bibcode:2012AdM....24..772C. doi:10.1002/adma.201103965. PMID 22231284.
  33. ↑ Zhang, Rui (January 2016). "Elastic properties of suspended multilayer WSe2". Applied Physics Letters. 108 (4): 042104. Bibcode:2016ApPhL.108d2104Z. doi:10.1063/1.4940982.
  34. ↑ 1 2 Liu, Kai (2014). "Elastic Properties of Chemical-Vapor-Deposited Monolayer MoS2, WS2, and Their Bilayer Heterostructures". Nano Letters. 14 (9): 5097—5103. arXiv:1407.2669. Bibcode:2014NanoL..14.5097L. doi:10.1021/nl501793a. PMID 25120033.
  35. ↑ He, K. (2013). "Experimental Demonstration of Continuous Electronic Structure Tuning via Strain in Atomically Thin MoS2". Nano Letters. 13 (6): 2931—6. arXiv:1305.3673. Bibcode:2013NanoL..13.2931H. doi:10.1021/nl4013166. PMID 23675872.
  36. ↑ Conley, H. J. (2013). "Bandgap Engineering of Strained Monolayer and Bilayer MoS2". Nano Letters. 13 (8): 3626—30. arXiv:1305.3880. Bibcode:2013NanoL..13.3626C. doi:10.1021/nl4014748. PMID 23819588.
  37. ↑ Zhu, C. R. (2013). "Strain tuning of optical emission energy and polarization in monolayer and bilayer MoS2". Physical Review B. 88 (12): 121301. arXiv:1306.3442. Bibcode:2013PhRvB..88l1301Z. doi:10.1103/PhysRevB.88.121301.
  38. ↑ 1 2 Novoselov, K. S. (2005). "Two-dimensional atomic crystals". Proceedings of the National Academy of Sciences. 102 (30): 10451—3. arXiv:cond-mat/0503533. Bibcode:2005PNAS..10210451N. doi:10.1073/pnas.0502848102. PMID 16027370.
  39. ↑ Coleman, Jonathan N. (2011). "Two-Dimensional Nanosheets Produced by Liquid Exfoliation of Layered Materials". Science. 331 (6017): 568—571. Bibcode:2011Sci...331..568C. doi:10.1126/science.1194975. PMID 21292974.
  40. ↑ Zhou, Jiadong (2018). "A library of atomically thin metal chalcogenides". Nature (англ.). 556 (7701): 355—359. doi:10.1038/s41586-018-0008-3. ISSN 1476-4687. PMID 29670263. Архивировано 17 января 2024. Дата обращения: 2 октября 2023.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка)
  41. ↑ 1 2 3 Kim, Se‐Yang (February 2019). "Recent Developments in Controlled Vapor‐Phase Growth of 2D Group 6 Transition Metal Dichalcogenides". Advanced Materials. 31 (20): 1804939. Bibcode:2019AdM....3104939K. doi:10.1002/adma.201804939. ISSN 0935-9648. PMID 30706541.
  42. ↑ Shi, Yumeng (2015-04-28). "Recent advances in controlled synthesis of two-dimensional transition metal dichalcogenides via vapour deposition techniques". Chemical Society Reviews. 44 (9): 2744—2756. doi:10.1039/C4CS00256C. ISSN 1460-4744. PMID 25327436.
  43. ↑ AIXTRON Technologies: MOCVD :: AIXTRON. www.aixtron.com. Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 23 июля 2019 года.
  44. ↑ Lee, Y. H. (2012). "Synthesis of large-area MoS2 atomic layers with chemical vapor deposition". Advanced Materials. 24 (17): 2320—5. arXiv:1202.5458. Bibcode:2012AdM....24.2320L. doi:10.1002/adma.201104798. PMID 22467187.
  45. ↑ Kim, Ki Seok (2023-01-18). "Non-epitaxial single-crystal 2D material growth by geometric confinement". Nature (англ.). 614 (7946): 88—94. doi:10.1038/s41586-022-05524-0. ISSN 1476-4687. PMID 36653458. Архивировано 20 декабря 2023. Дата обращения: 2 октября 2023.
  46. ↑ 1 2 3 4 5 6 Wei, Y (Jul 2020). "Initial stage of MBE growth of MoSe2 monolayer". Nanotechnology. 31 (31). Bibcode:2020Nanot..31E5710W. doi:10.1088/1361-6528/ab884b. PMID 32272461. Дата обращения: 21 июля 2022.
  47. ↑ 1 2 Lasek, K (25 June 2020). "Molecular Beam Epitaxy of Transition Metal (Ti-, V-, and Cr-) Tellurides: From Monolayer Ditellurides to Multilayer Self-Intercalation Compounds". ACS Nano. 14 (7): 8473—8484. doi:10.1021/acsnano.0c02712. PMID 32584543. Архивировано 2 октября 2023. Дата обращения: 21 июля 2022.
  48. ↑ 1 2 3 4 Nakano, M (2017). "Layer-by-Layer Epitaxial Growth of Scalable WSe2 on Sapphire by Molecular Beam Epitaxy". Nano Letters. 17 (9): 5595—5599. arXiv:1709.02912. Bibcode:2017NanoL..17.5595N. doi:10.1021/acs.nanolett.7b02420. PMID 28849935. Архивировано 2 октября 2023. Дата обращения: 21 июля 2022.
  49. ↑ Hall, Joshua (2018). "Molecular beam epitaxy of quasi-freestanding transition metal disulphide monolayers on van der Waals substrates: a growth study". 2D Mater. 5 (2). Bibcode:2018TDM.....5b5005H. doi:10.1088/2053-1583/aaa1c5. Дата обращения: 28 ноября 2022.
  50. ↑ Choudury, TH (Jul 2020). "Epitaxial Growth of Two-Dimensional Layered Transition Metal Dichalcogenides". Annual Review of Materials Research. 50: 155—177. arXiv:1909.03502. Bibcode:2020AnRMS..50..155C. doi:10.1146/annurev-matsci-090519-113456. Архивировано 21 июля 2022. Дата обращения: 21 июля 2022.
  51. ↑ 1 2 Singh, D. K (2022). "van der Waals Epitaxy of Transition Metal Dichalcogenides via Molecular Beam Epitaxy: Looking Back and Moving Forward". Materials Advances. 3 (15): 6142—6156. doi:10.1039/D2MA00352J.
  52. ↑ Noori, Y J (2022-01-01). "Electrodeposited WS 2 monolayers on patterned graphene". 2D Materials. 9 (1): 015025. arXiv:2109.00083. Bibcode:2022TDM.....9a5025N. doi:10.1088/2053-1583/ac3dd6. ISSN 2053-1583. Архивировано 1 ноября 2022. Дата обращения: 2 октября 2023.
  53. ↑ Noori, Yasir J. (2020-11-04). "Large-Area Electrodeposition of Few-Layer MoS 2 on Graphene for 2D Material Heterostructures". ACS Applied Materials & Interfaces (англ.). 12 (44): 49786—49794. doi:10.1021/acsami.0c14777. ISSN 1944-8244. PMID 33079533. Архивировано 1 ноября 2022. Дата обращения: 2 октября 2023.
  54. ↑ Wan, Xi (May 2017). "Controlled Electrochemical Deposition of Large-Area MoS 2 on Graphene for High-Responsivity Photodetectors". Advanced Functional Materials (англ.). 27 (19): 1603998. doi:10.1002/adfm.201603998. Архивировано 17 января 2023. Дата обращения: 2 октября 2023.
  55. ↑ Thomas, Shibin (2020-01-06). "Electrodeposition of MoS2 from Dichloromethane". Journal of the Electrochemical Society. 167 (10): 106511. Bibcode:2020JElS..167j6511T. doi:10.1149/1945-7111/ab9c88. ISSN 0013-4651.
  56. ↑ Abdelazim, Nema M. (September 2021). "Lateral Growth of MoS 2 2D Material Semiconductors Over an Insulator Via Electrodeposition". Advanced Electronic Materials (англ.). 7 (9): 2100419. doi:10.1002/aelm.202100419. ISSN 2199-160X. Архивировано 4 января 2023. Дата обращения: 2 октября 2023.
  57. ↑ Mak, K. F. (2010). "Atomically Thin MoS2: A New Direct-Gap Semiconductor". Physical Review Letters. 105 (13): 136805. arXiv:1004.0546. Bibcode:2010PhRvL.105m6805M. doi:10.1103/PhysRevLett.105.136805. PMID 21230799.
  58. ↑ Cheng, Y. C. (2012). "Spin–orbit–induced spin splittings in polar transition metal dichalcogenide monolayers". EPL. 102 (5): 57001. Bibcode:2013EL....10257001C. doi:10.1209/0295-5075/102/57001.
  59. ↑ 1 2 Liu, G. B. (2013). "Three-band tight-binding model for monolayers of group-VIB transition metal dichalcogenides". Physical Review B. 88 (8): 085433. arXiv:1305.6089. Bibcode:2013PhRvB..88h5433L. doi:10.1103/PhysRevB.88.085433.
  60. ↑ Zhu, Z. (2011). "Giant spin–orbit-induced spin splitting in two-dimensional transition-metal dichalcogenide semiconductors". Physical Review B. 84 (15): 153402. Bibcode:2011PhRvB..84o3402Z. doi:10.1103/PhysRevB.84.153402.
  61. ↑ Kośmider, K. (2013). "Large spin splitting in the conduction band of transition metal dichalcogenide monolayers". Physical Review B. 88 (24): 245436. arXiv:1311.0049. Bibcode:2013PhRvB..88x5436K. doi:10.1103/PhysRevB.88.245436.
  62. ↑ Kormányos, A. (2014). "Spin–Orbit Coupling, Quantum Dots, and Qubits in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides". Physical Review X. 4 (1): 011034. arXiv:1310.7720. Bibcode:2014PhRvX...4a1034K. doi:10.1103/PhysRevX.4.011034.
  63. ↑ Bussolotti, Fabio (2018). "Roadmap on finding chiral valleys: screening 2D materials for valleytronics". Nano Futures. 2 (3): 032001. Bibcode:2018NanoF...2c2001B. doi:10.1088/2399-1984/aac9d7.
  64. ↑ 1 2 Chernikov, Alexey (2014). "Exciton Binding Energy and Nonhydrogenic Rydberg Series in Monolayer WS2". Physical Review Letters. 113 (7): 076802. arXiv:1403.4270. Bibcode:2014PhRvL.113g6802C. doi:10.1103/PhysRevLett.113.076802. PMID 25170725.
  65. ↑ Ye, Ziliang (2014). "Probing excitonic dark states in single-layer tungsten disulphide". Nature. 513 (7517): 214—218. arXiv:1403.5568. Bibcode:2014Natur.513..214Y. doi:10.1038/nature13734. PMID 25162523.
  66. ↑ Ugeda, M. M. (2014). "Giant bandgap renormalization and excitonic effects in a monolayer transition metal dichalcogenide semiconductor". Nature Materials. 13 (12): 1091—1095. arXiv:1404.2331. Bibcode:2014NatMa..13.1091U. doi:10.1038/nmat4061. PMID 25173579.
  67. ↑ 1 2 Manca, M. (2017). "Enabling valley selective exciton scattering in monolayer WSe2 through upconversion". Nat. Commun. 8. arXiv:1701.05800. Bibcode:2017NatCo...814927M. doi:10.1038/ncomms14927. PMID 28367962.
  68. ↑ Ross, J. S. (2013). "Electrical control of neutral and charged excitons in a monolayer semiconductor". Nat. Commun. 4: 1474. arXiv:1211.0072. Bibcode:2013NatCo...4.1474R. doi:10.1038/ncomms2498. PMID 23403575.
  69. ↑ Mak, K. F. (2013). "Tightly bound trions in monolayer MoS2". Nat. Mater. 12 (3): 207—211. arXiv:1210.8226. Bibcode:2013NatMa..12..207M. doi:10.1038/nmat3505. PMID 23202371.
  70. ↑ Cadiz, F. (2017). "Excitonic linewidth approaching the homogeneous limit in MoS2 based van der Waals heterostructures : accessing spin-valley dynamics". Physical Review X. 7 (2): 021026. arXiv:1702.00323. Bibcode:2017PhRvX...7b1026C. doi:10.1103/PhysRevX.7.021026.
  71. ↑ Mai, C. (2014). "Many-Body Effects in Valleytronics: Direct Measurement of Valley Lifetimes in Single-Layer MoS2". Nano Lett. 14 (1): 202—206. Bibcode:2014NanoL..14..202M. doi:10.1021/nl403742j. PMID 24325650.
  72. ↑ Shang, J. (2015). "Observation of Excitonic Fine Structure in a 2D Transition-Metal Dichalcogenide Semiconductor". ACS Nano. 9 (1): 647—655. doi:10.1021/nn5059908. PMID 25560634.
  73. ↑ Mostaani, E. (2017). "Diffusion quantum Monte Carlo study of excitonic complexes in two-dimensional transition-metal dichalcogenides". Physical Review B. 96 (7): 075431. arXiv:1706.04688. Bibcode:2017PhRvB..96g5431M. doi:10.1103/PhysRevB.96.075431.
  74. ↑ Kern, Johannes (September 2016). "Nanoscale Positioning of Single-Photon Emitters in Atomically Thin WSe2". Advanced Materials. 28 (33): 7101—7105. Bibcode:2016AdM....28.7101K. doi:10.1002/adma.201600560. PMID 27305430.
  75. ↑ He, Yu-Ming (2015). "Single quantum emitters in monolayer semiconductors". Nature Nanotechnology. 10 (6): 497—502. arXiv:1411.2449. Bibcode:2015NatNa..10..497H. doi:10.1038/nnano.2015.75. PMID 25938571.
  76. ↑ Palacios-Berraquero, Carmen (August 2017). "Large-scale quantum-emitter arrays in atomically thin semiconductors". Nature Communications. 8 (1): 15093. arXiv:1609.04244. Bibcode:2017NatCo...815093P. doi:10.1038/ncomms15093. PMID 28530249.
  77. ↑ Palacios-Berraquero, Carmen (December 2016). "Atomically thin quantum light-emitting diodes". Nature Communications. 7 (1): 12978. arXiv:1603.08795. Bibcode:2016NatCo...712978P. doi:10.1038/ncomms12978. PMID 27667022.
  78. ↑ Wu, Wei (2019). "Locally defined quantum emission from epitaxial few-layer tungsten diselenide". Applied Physics Letters. 114 (21): 213102. Bibcode:2019ApPhL.114u3102W. doi:10.1063/1.5091779.
  79. ↑ Dass, Chandriker Kavir (2019). "Ultra‐Long Lifetimes of Single Quantum Emitters in Monolayer WSe2/hBN Heterostructures". Advanced Quantum Technologies. 2 (5—6): 1900022. doi:10.1002/qute.201900022.
  80. ↑ Srour, J.R. (1988). "Radiation effects on microelectronics in space". Proc. IEEE. 76 (11): 1443—1469. doi:10.1109/5.90114.
  81. ↑ Walker, R.C. (2016). "Radiation effects on two-dimensional materials". Proc. Physical Status Solida.
  82. ↑ Freitag, M. (2013). "Increased responsivity of suspended graphene photodetectors". Nano Letters. 13 (4): 1644—1648. Bibcode:2013NanoL..13.1644F. doi:10.1021/nl4001037. PMID 23452264.
  83. ↑ Lee, H.S. (2012). "MoS2 nanosheet phototransistors with thickness-modulated optical energy gap". Nano Letters. 12 (7): 3695—3700. Bibcode:2012NanoL..12.3695L. doi:10.1021/nl301485q. PMID 22681413.
  84. ↑ Liu, F. (2014). "High-sensitivity photodetectors based on multilayer GaTe flakes". ACS Nano. 8 (1): 752—760. doi:10.1021/nn4054039. PMID 24364508.
  85. ↑ 1 2 Lu, Ang-Yu (2017). "Janus monolayers of transition metal dichalcogenides". Nature Nanotechnology. 12 (8): 744—749. doi:10.1038/nnano.2017.100. PMID 28507333. Архивировано 2 октября 2023. Дата обращения: 2 октября 2023.
  86. ↑ Cheng, Y. C. (2013). "Spin–orbit–induced spin splittings in polar transition metal dichalcogenide monolayers". EPL (Europhysics Letters). 102 (5): 57001. Bibcode:2013EL....10257001C. doi:10.1209/0295-5075/102/57001.
  87. ↑ Li, Fengping (2017). "Electronic and Optical Properties of Pristine and Vertical and Lateral Heterostructures of Janus MoSSe and WSSe". The Journal of Physical Chemistry Letters. 8 (23): 5959—5965. doi:10.1021/acs.jpclett.7b02841. PMID 29169238.
  88. ↑ Dong, Liang (2017). "Large In-Plane and Vertical Piezoelectricity in Janus Transition Metal Dichalchogenides[sic]". ACS Nano. 11 (8): 8242—8248. doi:10.1021/acsnano.7b03313. PMID 28700210.
  89. ↑ Zhang, Jing (2017). "Janus Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides". ACS Nano. 11 (8): 8192—8198. arXiv:1704.06389. doi:10.1021/acsnano.7b03186. PMID 28771310.
  90. ↑ Ma, Xiangchao (2018). "A Janus MoSSe monolayer: a potential wide solar-spectrum water-splitting photocatalyst with a low carrier recombination rate". Journal of Materials Chemistry A. 6 (5): 2295—2301. doi:10.1039/c7ta10015a.
  91. ↑ Radisavljevic, B. (2011). "Single-layer MoS2 transistors". Nature Nanotechnology. 6 (3): 147—50. Bibcode:2011NatNa...6..147R. doi:10.1038/nnano.2010.279. PMID 21278752. Архивировано 28 апреля 2021. Дата обращения: 2 октября 2023.
  92. ↑ Choi, Wonbong (2017-04-01). "Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications". Materials Today. 20 (3): 116—130. doi:10.1016/j.mattod.2016.10.002. ISSN 1369-7021.
  93. ↑ Syu, Yu-Cheng (2018-01-01). "Review—Field-Effect Transistor Biosensing: Devices and Clinical Applications". ECS Journal of Solid State Science and Technology. 7 (7): Q3196—Q3207. doi:10.1149/2.0291807jss. ISSN 2162-8769.
  94. ↑ 1 2 Barua, Shaswat (2018-01-26). "Nanostructured MoS2-Based Advanced Biosensors: A Review". ACS Applied Nano Materials. 1 (1): 2—25. doi:10.1021/acsanm.7b00157.
  95. ↑ Hu, Yanling (2016-11-30). "Two-dimensional transition metal dichalcogenide nanomaterials for biosensing applications". Materials Chemistry Frontiers. 1 (1): 24—36. doi:10.1039/C6QM00195E. ISSN 2052-1537.
  96. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rao, C. N. R (2015-01-01). "Inorganic Graphene Analogs". Annual Review of Materials Research. 45 (1): 29—62. Bibcode:2015AnRMS..45...29R. doi:10.1146/annurev-matsci-070214-021141.
  97. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Li, Xiao (2015-03-01). "Two-dimensional MoS2: Properties, preparation, and applications". Journal of Materiomics. 1 (1): 33—44. doi:10.1016/j.jmat.2015.03.003.
  98. ↑ Mak, Kin Fai (2010). "Atomically ThinMoS2: A New Direct-Gap Semiconductor". Physical Review Letters. 105 (13): 136805. arXiv:1004.0546. Bibcode:2010PhRvL.105m6805M. doi:10.1103/physrevlett.105.136805. PMID 21230799.
  99. ↑ Najmaei, Sina (2014-03-12). "Tailoring the Physical Properties of Molybdenum Disulfide Monolayers by Control of Interfacial Chemistry". Nano Letters. 14 (3): 1354—1361. Bibcode:2014NanoL..14.1354N. CiteSeerX 10.1.1.642.1938. doi:10.1021/nl404396p. PMID 24517325.
  100. ↑ 1 2 3 Conley, Hiram J. (2013). "Bandgap Engineering of Strained Monolayer and Bilayer MoS2". Nano Letters. 13 (8): 3626—3630. arXiv:1305.3880. Bibcode:2013NanoL..13.3626C. doi:10.1021/nl4014748. PMID 23819588.
  101. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Rao, C. N. R. (2013-12-09). "Graphene Analogues of Inorganic Layered Materials". Angewandte Chemie International Edition. 52 (50): 13162—13185. doi:10.1002/anie.201301548. PMID 24127325.
  102. ↑ Wu, Wenzhuo (2014-10-23). "Piezoelectricity of single-atomic-layer MoS2 for energy conversion and piezotronics". Nature. 514 (7523): 470—474. Bibcode:2014Natur.514..470W. doi:10.1038/nature13792. PMID 25317560.
  103. ↑ Lee, Kangho (2011-09-22). "Electrical Characteristics of Molybdenum Disulfide Flakes Produced by Liquid Exfoliation". Advanced Materials. 23 (36): 4178—4182. Bibcode:2011AdM....23.4178L. doi:10.1002/adma.201101013. PMID 21823176.
  104. ↑ 1 2 3 Yan, Rusen (2014). "Thermal Conductivity of Monolayer Molybdenum Disulfide Obtained from Temperature-Dependent Raman Spectroscopy". ACS Nano. 8 (1): 986—993. doi:10.1021/nn405826k. PMID 24377295. Архивировано 17 сентября 2020. Дата обращения: 2 октября 2023.
  105. ↑ Backes, Claudia (2020). "Production and processing of graphene and related materials". 2D Materials. 7 (2): 022001. Bibcode:2020TDM.....7b2001B. doi:10.1088/2053-1583/ab1e0a.
  106. ↑ 1 2 3 4 5 Kannan, Padmanathan Karthick (2015-08-06). "Recent developments in 2D layered inorganic nanomaterials for sensing". Nanoscale. 7 (32): 13293—13312. Bibcode:2015Nanos...713293K. doi:10.1039/c5nr03633j. PMID 26204797.
  107. ↑ Noori, Yasir J. (2020-11-04). "Large-Area Electrodeposition of Few-Layer MoS2 on Graphene for 2D Material Heterostructures". ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (44): 49786—49794. arXiv:2005.08616. doi:10.1021/acsami.0c14777. ISSN 1944-8244. PMID 33079533.
  108. ↑ Thomas, Shibin (2020-06-23). "Electrodeposition of MoS2 from Dichloromethane". Journal of the Electrochemical Society (англ.). 167 (10): 106511. Bibcode:2020JElS..167j6511T. doi:10.1149/1945-7111/ab9c88. ISSN 1945-7111.
  109. ↑ Murugesan, Sankaran (2013-09-24). "Room Temperature Electrodeposition of Molybdenum Sulfide for Catalytic and Photoluminescence Applications". ACS Nano. 7 (9): 8199—8205. doi:10.1021/nn4036624. ISSN 1936-0851. PMID 23962095.
  110. ↑ Wang, Tanyuan (2014). "Electrochemically Fabricated Polypyrrole and MoSx Copolymer Films as a Highly Active Hydrogen Evolution Electrocatalyst". Advanced Materials. 26 (22): 3761—3766. Bibcode:2014AdM....26.3761W. doi:10.1002/adma.201400265. ISSN 1521-4095. PMID 24638848. Архивировано 2 октября 2023. Дата обращения: 2 октября 2023.
  111. ↑ Wu, Haihua (2011). "Biocompatible Inorganic Fullerene-Like Molybdenum Disulfide Nanoparticles Produced by Pulsed Laser Ablation in Water". ACS Nano. 5 (2): 1276—1281. doi:10.1021/nn102941b. PMID 21230008.
  112. ↑ Kaur, Harneet (2016). "High Yield Synthesis and Chemical Exfoliation of Two-Dimensional Layered Hafnium Disulphide". Nano Research. 11: 343—353. arXiv:1611.00895. doi:10.1007/s12274-017-1636-x.
  113. ↑ Schutte, W.J. (1986). "Crystal Structures of Tungsten Disulfide and Diselenide". Journal of Solid State Chemistry. 70 (2): 207—209. Bibcode:1987JSSCh..70..207S. doi:10.1016/0022-4596(87)90057-0.
  114. ↑ Schmidt, Robert (2016). "Reversible Uniaxial Strain Tuning in Atomically thin WSe2". 2D Materials. 3 (2): 021011. Bibcode:2016TDM.....3b1011S. doi:10.1088/2053-1583/3/2/021011.
  115. ↑ Wu, Wei (2018). "Giant Mechano-Optoelectronic Effect in an Atomically Thin Semiconductor". Nano Letters. 18 (4): 2351—2357. Bibcode:2018NanoL..18.2351W. doi:10.1021/acs.nanolett.7b05229. PMID 29558623. Архивировано 2 октября 2023. Дата обращения: 2 октября 2023.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Монослои_дихалькогенидов_переходных_металлов&oldid=139912527