2 est l'un des semi-conducteurs 2D les plus prometteurs, on s'attend à ce que ces résultats contribuent à son utilisation future en optoélectronique.
Les défauts peuvent provoquer des changements majeurs dans les propriétés d'un matériau, conduisant à des effets souhaitables ou indésirables. Par exemple, l'industrie pétrochimique a longtemps profité de l'activité catalytique du MoS 2 bords, caractérisé par la présence d'une forte concentration de défauts, pour produire des produits pétroliers à teneur réduite en dioxyde de soufre (SO 2 ) émissions. D'autre part, avoir un matériau vierge est un must en électronique. Actuellement, le silicium domine l'industrie, car il peut être préparé de manière pratiquement sans défaut. Dans le cas du MoS 2 , son adéquation aux applications électroniques est actuellement limitée par la présence de défauts naturels. Jusque là, le lien précis entre ces défauts et les propriétés dégradées du MoS 2 a été une question ouverte.
Dans IBS, une équipe de physiciens, scientifiques des matériaux, et les ingénieurs électriciens ont travaillé en étroite collaboration pour explorer les propriétés électroniques des lacunes de soufre dans le MoS 2 monocouches, en utilisant une combinaison de microscopie à force atomique (AFM) et d'analyse du bruit. Les scientifiques ont utilisé une pointe AFM métallique pour mesurer le signal de bruit, c'est à dire., la variation du courant électrique traversant une seule couche de MoS 2 posé sur un support métallique.
Les défauts les plus courants dans MoS 2 sont des exemples d'atomes de soufre uniques manquants, également connu sous le nom de monovacances de soufre. Dans un échantillon parfait, chaque atome de soufre a deux électrons de valence qui se lient à deux électrons de molybdène. Cependant, où il manque un atome de soufre, ces deux électrons de molybdène sont laissés insaturés, définissant l'état neutre (état 0) du défaut. Cependant, l'équipe a observé des événements de commutation rapide dans leurs mesures de bruit, indiquant l'état de la vacance basculée entre neutre (0 état) et chargé (-1 état).
Le graphique du haut illustre les processus de commutation entre le niveau neutre (état 0) et le niveau chargé (état -1) qui se produisent lorsqu'un électron (cercle rouge) du courant qui circule est piégé (en haut à gauche) ou libéré (en haut à droite) à le défaut de manque de soufre (marqué par un cercle vert). Le graphique inférieur montre les événements de commutation dans le courant qui se produisent lorsque les électrons du courant traversant le MoS 2 l'échantillon est piégé à la vacance, ou libéré du poste vacant. Crédit :IBS
"La commutation entre 0 et -1 se produit en continu. Alors qu'un électron réside dans la vacance pendant un certain temps, il manque au courant, tel que l'on observe une chute de courant, " explique Michael Neumann, l'un des co-premiers auteurs de l'étude. "Cela contribue grandement à comprendre les anomalies connues du MoS 2 , et il est très intéressant que les lacunes de soufre suffisent à elles seules à expliquer ces anomalies, sans nécessiter de défauts plus complexes." D'après les expériences et les calculs antérieurs, deux électrons peuvent également être piégés à la vacance (état -2), mais cela ne semble pas être énergiquement favorisé.
La nouvelle observation selon laquelle les lacunes de soufre peuvent être chargées (états -1 et -2) éclaire plusieurs MoS 2 anomalies, y compris sa mobilité électronique réduite observée dans les échantillons monocouches de MoS2 :les électrons se déplacent suivant la direction d'une tension appliquée, mais se disperser par des défauts chargés. "L'état -1 est occupé environ 50% du temps, ce qui conduirait à la diffusion des électrons, et ainsi expliquer pourquoi MoS 2 a une mobilité si faible, " précise Neumann. Autre MoS 2 les caractéristiques qui peuvent être expliquées par cette étude sont le dopage de type n du MoS 2 , et la résistance étonnamment grande au MoS 2 -jonction métallique.
"Cette recherche ouvre la possibilité de développer un nouveau dispositif de nanospectroscopie de bruit capable de cartographier un ou plusieurs défauts à l'échelle nanométrique sur une large zone d'un matériau 2D, " conclut l'auteur correspondant Young Hee Lee.
L'étude complète est disponible sur Communication Nature .
