Científicos de la Universidad Nacional de Singapur han descubierto el mecanismo involucrado cuando los dicalcogenuros de metales de transición en sustratos metálicos se transforman de la fase 1H semiconductora a la fase 1T 'cuasi-metálica.

Dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales (2-D-TMD) como disulfuro de molibdeno monocapa (MoS ₂ ) son semiconductores atómicamente delgados en los que una capa de átomo de metal de transición está intercalada entre dos capas de átomos de calcógeno, en el formulario MX2. Pueden existir tanto en una fase 1H semiconductora como en una fase 1T 'casi metálica, teniendo cada uno una estructura cristalina diferente. La fase 1T 'es particularmente interesante ya que las predicciones teóricas muestran que tiene potencial para usarse en aplicaciones menos convencionales, tales como electrodos supercondensadores y catalizadores de reacción de desprendimiento de hidrógeno. Sin embargo, la cantidad de 2-D-TMD de fase 1T 'que se puede obtener convirtiéndolos de la fase 1H a través de un proceso de transición de fase es baja. Esto limita potencialmente el uso de materiales tan novedosos para una amplia gama de aplicaciones.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Andrew Wee del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha descubierto que, si bien los diferentes materiales 2-D-TMD tienen sus propias barreras de energía intrínsecas al pasar del 1H al 1T 'fase estructural, el uso de un sustrato metálico con mayor reactividad química puede incrementar significativamente el rendimiento de transición de la fase 1H a 1T '. Este es un método conveniente y de alto rendimiento para obtener materiales 2-D-TMD en su fase metálica 1T '. Cuando el material 2-D-TMD se coloca en contacto con el sustrato metálico, como el oro, plata y cobre, las cargas eléctricas se transfieren del sustrato metálico al material 2-D-TMD. Es más, debilita significativamente la fuerza de unión de la estructura 2-D-TMD, y aumenta la magnitud de la energía de enlace interfacial. Esto, a su vez, aumenta la susceptibilidad de la transición de fase estructural 1H-1T '. Como resultado, esta hibridación interfacial mejorada en la interfaz de los dos materiales hace que la transición de fase estructural 1H-1T 'sea mucho más fácil de lograr.

El equipo de investigación de NUS combinó múltiples técnicas experimentales y cálculos de primeros principios en su trabajo de investigación. Estos incluyen espectroscopias ópticas, Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución y cálculos de primeros principios basados ​​en la teoría funcional de la densidad para identificar los cambios de fase, tanto las fases 1H como 1T ', de los 2-D-TMD en las muestras.

Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre la influencia de la hibridación interfacial que afecta la dinámica de transición de fase de 2-D-TMD. Los hallazgos pueden potencialmente usarse en un sistema modelo para el crecimiento controlado de 2-D-TMD en sustratos metálicos, creando posibilidades para nuevas aplicaciones de dispositivos basadas en 2-D-TMD.

El profesor Wee dijo:"La capacidad de control de la transición de fase de semiconductor a metal en las interfaces 2-D-TMD y de metal puede permitir nuevas aplicaciones de dispositivos, como electrodos de baja resistencia de contacto".