Монослои дихалькогенидов переходных металлов
Материал из Википедии — свободной encyclopedia
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].