ЛЕНТА

Материаловеды увидели в микроскоп разрыв пленки сульфида молибдена

Американские ученые разработали методику исследования изменения структуры поликристаллических пленок дисульфидов переходных металлов под действием электрического тока с помощью просвечивающей электронной микроскопии. На примере дисульфида молибдена авторы обнаружили, что важнейшую роль в разрушении пленки играют пустоты на границе зерен, которые растут за счет миграции атомов молибдена и серы. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Двумерные полупроводники, такие как графен и нитрид бора, имеют большой потенциал для применения в электронных устройствах нового поколения. В последние годы для создания более стабильных полупроводниковых материалов с нужными электрическими, оптическими и каталитическими свойствами синтезируют слоистые структуры дихалькогенидов переходных металлов с заданными дефектами. Так, например, электрические свойства границ между зернами дихалькогенидов, полученными в газовой фазе, отличаются от свойств остальной структуры и зависят от угла наклона границ зерен. Недавние исследования показали, что эти границы в процессе работы устройства сильнее нагреваются и окисляются, что сокращает срок службы материала. Подобные явления объясняют наличием нанопор и вакансий атомов серы в пленке.

Для изучения зависимостей свойств от динамических изменений структуры слоев, через материал пропускают электрический ток и с помощью просвечивающего электронного микроскопа следят за изменением электрического ответа материала в зависимости от нанофизических явлений в структуре материала. Подобные эксперименты технически сложно осуществить, поэтому исследований однослойных структур дихалькогенидов переходных металлов этим методом не так много.

Акшай Мурти (Akshay A. Murthy) с коллегами из Северо-Западного университета разработали методику синтеза и изучения изменения структуры поликристаллических пленок однослойного дисульфида молибдена под действием тока смещения методом просвечивающей электронной микроскопии. Ученые поместили на кремниево-кварцевую сетку микроскопа электроды из золота на расстоянии одного микрона друг от друга и перенесли на них поликристалличную однослойную пленку дисульфида молибдена между парами электродов, к которым затем подсоединили провода.

Схема эксперимента. С помощью поликарбонатной пленки учены перенесли электроды на сетку микроскопа, а затем так же перенесли на них пленку поликристаллического однослойного дисульфида молибдена

Akshay A. Murthy et al. / ACS Nano, 2020

Поделиться

Авторы обнаружили, что в электрическом поле напряженные области около границы зерен ведут себя как источник вакансий, а пустоты на границе, наоборот, растут за счет поглощения вакансий, что приводит к появлению потока вакансий по направлению к границам зерен. Исследователи также обнаружили, что это «течение» приводит к возникновению молибденовых кластеров, которые собираются около пустот в пленке. Причем процесс течения вакансий не бесконечен, а достигает метастабильного состояния после нескольких первичных циклов наложения напряжения смещения.

Изображение просвечивающего электронного микроскопа. Голубым обозначены пустоты, которые объединяются с соседними под действием тока. Красной пунктирной линией обозначена граница зерен в пленке

Akshay A. Murthy et al. / ACS Nano, 2020

Поделиться

Выяснение причин разрушения поликристаллической структуры однослойных пленок дисульфидов переходных металлов позволит в будущем найти способы предотвращения нежелательных процессов. По словам авторов, разработанная методика позволит исследовать другие пленки и разрабатывать модели сложных взаимодействий атомов, которые улучшат свойства материала в макромасштабе.

Дисульфид молибдена может быть полезен и для производства питьевой воды. В 2015 году американские ученые построили теоретические модели мембран из этого вещества, способные эффективно опреснять воду. А через год после этого стэндфордские химики разработали нанолабиринт, который мог дезинфицировать воду под действием света.

Алина Кротова

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.