El estudio sobre disulfuro de molibdeno 2-D (MoS 2 ) los defectos emplearon mediciones de ruido de baja frecuencia y microscopía de fuerza atómica conductiva (C-AFM). La imagen ampliada muestra una punta en voladizo de AFM que apunta a un área con una monovacante de azufre (área sombreada en rojo). A medida que la corriente fluye a través de la punta del AFM y la muestra, Se miden los eventos de conmutación entre diferentes estados de ionización (neutro y cargado -1). Con un radio de alrededor de 25 nanómetros, la punta AFM cubre un área que contiene alrededor de 1-8 monovacantes de azufre. Crédito:IBS, Publicado en Comunicaciones de la naturaleza
Los investigadores del Centro de Física Integrada de Nanoestructuras han demostrado que los defectos en el disulfuro de molibdeno monocapa (MoS 2 ) exhiben conmutación eléctrica, proporcionando nuevos conocimientos sobre las propiedades eléctricas de este material. Como MoS 2 es uno de los semiconductores 2-D más prometedores, Se espera que estos resultados contribuyan a su uso futuro en optoelectrónica.
Los defectos pueden provocar cambios importantes en las propiedades de un material, conduciendo a efectos deseables o no deseados. Por ejemplo, la industria petroquímica ha aprovechado durante mucho tiempo la actividad catalítica del MoS 2 bordes caracterizado por la presencia de una alta concentración de defectos, para producir productos del petróleo con dióxido de azufre reducido (SO 2 ) emisiones. Por otra parte, Tener un material impecable es imprescindible en electrónica. En la actualidad, el silicio gobierna la industria, porque se puede preparar prácticamente sin defectos. En el caso de MoS 2 , su idoneidad para aplicaciones electrónicas está actualmente limitada por la presencia de defectos que ocurren naturalmente. Hasta aquí, el vínculo preciso entre estos defectos y las propiedades degradadas del MoS 2 ha sido una pregunta abierta.
En IBS, un equipo de físicos, científicos de materiales, e ingenieros eléctricos trabajaron en estrecha colaboración para explorar las propiedades electrónicas de las vacantes de azufre en MoS 2 monocapas, utilizando una combinación de microscopía de fuerza atómica (AFM) y análisis de ruido. Los científicos utilizaron una punta AFM metálica para medir la señal de ruido, es decir., la variación de la corriente eléctrica que pasa a través de una sola capa de MoS 2 colocado sobre un sustrato metálico.
Los defectos más comunes en MoS 2 son casos en los que faltan átomos de azufre individuales, también conocidas como monovacantes de azufre. En una muestra perfecta, cada átomo de azufre tiene dos electrones de valencia que se unen a dos electrones de molibdeno. Sin embargo, donde falta un átomo de azufre, estos dos electrones de molibdeno quedan insaturados, definir el estado neutral (estado 0) del defecto. Sin embargo, el equipo observó eventos de conmutación rápida en sus mediciones de ruido, indicando el estado de la vacante cambiado entre neutral (estado 0) y cargado (estado -1).
El gráfico superior ilustra los procesos de conmutación entre el nivel neutro (estado 0) y el nivel cargado (estado -1) que ocurren cuando un electrón (círculo rojo) de la corriente que fluye queda atrapado (arriba a la izquierda) o liberado (arriba a la derecha) en el defecto de vacancia de azufre (marcado con un círculo verde). El gráfico inferior muestra los eventos de conmutación en la corriente que ocurren cuando los electrones de la corriente pasan a través del MoS 2 la muestra está atrapada en la vacante, o liberado de la vacante. Crédito:IBS
"El cambio entre 0 y -1 ocurre continuamente. Mientras un electrón permanece en la vacante por un tiempo, falta en la corriente, de modo que observemos una caída de corriente, "explica Michael Neumann, uno de los primeros coautores del estudio. "Esto contribuye en gran medida a comprender las anomalías conocidas de MoS 2 , y es muy interesante que las vacantes de azufre por sí solas sean suficientes para explicar estas anomalías, sin requerir defectos más complejos ". Según los experimentos y cálculos anteriores, dos electrones también pueden quedar atrapados en la vacante (estado -2), pero esto no parece favorecerse enérgicamente.
La nueva observación de que las vacantes de azufre se pueden cargar (estados -1 y -2) arroja luz sobre varios MoS 2 anomalías, incluida su movilidad reducida de electrones observada en muestras de monocapa de MoS2:los electrones se mueven siguiendo la dirección de un voltaje aplicado, pero se esparcen por defectos cargados. "El estado -1 está ocupado alrededor del 50% del tiempo, lo que conduciría a la dispersión de electrones, y así explicar por qué MoS 2 tiene tan poca movilidad, "aclara Neumann. Otros MoS 2 Las características que pueden ser explicadas por este estudio son el dopaje tipo n de MoS 2 , y la resistencia inesperadamente grande en el MoS 2 -unión de metal.
"Esta investigación abre la posibilidad de desarrollar un nuevo dispositivo de nanoespectroscopía de ruido capaz de mapear uno o más defectos en una escala nanométrica sobre un área amplia de un material 2-D, ", concluye el autor correspondiente, Young Hee Lee.
El estudio completo está disponible en Comunicaciones de la naturaleza .
