Le Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP) au sein de l'IBS a rapporté des résultats corrélant l'angle de fusion des flocons avec les propriétés des joints de grains (GBs), et prouvé que l'augmentation de l'angle de fusion des GB améliore considérablement le flux d'électrons. Ceci est corrélé à une augmentation de la mobilité du porteur de moins de 1 cm ² V ^-1 s ^-1 pour les petits angles, à 16cm ² V ^-1 s ^-1 pour des angles supérieurs à 20°. Le papier, intitulé, « Le transport électrique dépendant de l'angle de désorientation à travers les joints de grains de bisulfure de molybdène » est publié dans la revue Communication Nature .

Selon le journal, il est essentiel de comprendre les structures atomiques des GB afin de contrôler et d'améliorer les propriétés de transport électrique dans les matériaux massifs et de faible dimension. Les joints de grains sont la direction dans laquelle les atomes sont disposés dans un matériau. Pour les expériences menées par les scientifiques du CINAP, une monocouche de bisulfure de molybdène (MoS2) a été développée par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et ensuite transférée sur un substrat de dioxyde de silicium (SiO2). Le raisonnement de l'équipe pour l'utilisation de MoS 2 est double :premièrement, c'est un semi-conducteur 2D qui présente une conductance électrique élevée et, de manière cruciale, a une bande interdite naturelle, ce qui permet de l'activer et de le désactiver et ; Deuxièmement, les joints de grains sont bien définis. Ceci est primordial pour des expériences réussies. Des recherches antérieures de la Northwestern University ont révélé que les GB de MoS 2 fourni un moyen unique de moduler la résistance; ceci a été réalisé en utilisant un grand champ électrique pour moduler spatialement l'emplacement des joints de grains.

Les résultats du Nord-Ouest, publié l'année dernière dans Nature Nanotechnologie , a ouvert la voie à de futures recherches, mais le débat concernant la physique des transports au GB est toujours controversé. Cela est dû à une grande variation des performances d'un appareil à l'autre, faible mobilité des transporteurs à domaine unique, et, le plus important, un manque de corrélation entre les propriétés de transport et les structures atomiques GB dans MoS 2 recherche. L'équipe CINAP, dirigé par le directeur du Centre Young Hee Lee, a surmonté ces obstacles en corrélant directement les mesures de transport à quatre sondes sur des GB uniques avec à la fois l'imagerie par microscopie électronique à transmission (MET) à haute résolution et les calculs des premiers principes. MET est une technique de microscopie par laquelle un faisceau d'électrons est transmis à travers un échantillon ultra-mince, interagissant avec l'échantillon lors de son passage. Une image exacte à l'échelle atomique est formée à partir de l'interaction des électrons transmis à travers l'échantillon.

Identification des limites du grain

Les GB dans les couches MoS2 ont été identifiés et les régions sans signe de plis ou multicouches ont ensuite été sélectionnées pour éviter les mauvaises interprétations. Des mesures de transport à quatre sondes ont ensuite été effectuées sur le substrat avec des résultats surprenants; lors de la mesure des désorientations des flocons de 8-20o, mobilité augmentée de beaucoup moins de 1 cm ² V ^-1 s ^-1 jusqu'à 16 cm ² V ^-1 s ^-1 . Au-dessus de 20o, la mobilité à effet de champ sature à 16 cm ² V ^-1 s ^-1 coupure intra-domaine. Ainsi, GB entre les flocons ayant un angle de désorientation de 20-60 ^o montrent de meilleures propriétés de transport.

L'équipe a, comme indiqué dans leur article, « a fourni une image plus unifiée de la relation entre la mobilité, angle de fusion et structures atomistiques des GB de MoS monocouche 2 ." Les résultats fournissent des attentes pratiques concernant les propriétés de transport dans les films de grande surface, qui sera largement limitée par la faible mobilité entre les GB. Les résultats obtenus dans ce travail sont applicables à d'autres systèmes 2D similaires, et contribuer à la compréhension fondamentale du transport dans les semi-conducteurs.