Caracterización de las propiedades térmicas del bisulfuro de molibdeno cristalino, un importante material bidimensional (2-D), ha demostrado ser un desafío. Ahora, los investigadores de A * STAR han desarrollado una técnica simple que podría allanar el camino para su uso en una amplia gama de nuevas aplicaciones en el almacenamiento de energía. dispositivos electrónicos optoelectrónicos y flexibles.

Disulfuro de molibdeno hexagonal (MoS2), Uno de los dicalcogenuros, una familia de metales de transición semiconductores, ha atraído una atención considerable como material bidimensional (2-D) gracias a sus notables propiedades electrónicas y optoelectrónicas. También es notable por su impresionante fuerza y ​​flexibilidad, que surgen de la red hexagonal de átomos de molibdeno intercalados entre capas de átomos de azufre.

Determinar las características térmicas de MoS2 es clave para desbloquear sus asombrosas propiedades, pero su geometría compleja y los muchos cálculos necesarios para los fonones (los diferentes modos vibratorios de los átomos en una red cristalina) son un proceso computacional costoso y que requiere mucho tiempo.

Chee Kwan Gan y Yu Yang Fredrik Liu del A * STAR Institute of High Performance Computing han desarrollado ahora una técnica numérica que reduce drásticamente el número de cálculos. permitiendo que el coeficiente de expansión térmica, que determina cómo cambia su forma y tamaño en respuesta a los cambios de temperatura, de los cristales de MoS2 se calcule de manera precisa y eficiente, y también podría aplicarse a otros importantes materiales 2-D.

"Piense en un fonón como una partícula atada a un resorte, donde vibra con un patrón fijo a una frecuencia fija, "explica Gan." Hay muchos modos de fonón en un cristal como el disulfuro de molibdeno, y el desafío es calcularlos todos ".

Al deformar un cristal de MoS2, los investigadores determinaron el cambio de frecuencia para cada fonón en la estructura de la red, y aplicando un método numérico, basado en la teoría de la perturbación, a estas frecuencias alteradas; pudieron estimar las características térmicas del cristal, conocido como los parámetros de Grüneisen. Estos parámetros se utilizaron luego para calcular los coeficientes de expansión térmica para MoS2 hexagonal.

"Nuestro método utiliza la simetría completa de la estructura hexagonal para reducir la cantidad de cálculo a solo cuatro conjuntos de cálculos de fonones en comparación con la aproximación cuasi-armónica, el enfoque tradicional, que requiere muchos más, "dice Gan.

La obra presenta, por primera vez, un método preciso y simple para determinar las propiedades térmicas de MoS2, y proporciona una comprensión más profunda de la conducción térmica en materiales 2-D.

"Nuestro objetivo a largo plazo es ampliar el enfoque a otros semiconductores tecnológicamente importantes, materiales bidimensionales, como el seleniuro de bismuto, "dice Gan.