Príprava a štúdium 2D materiálov – dichalkogenidov prechodných kovov

Pracovníci | Publikácie

 

Dichalogenidy prechodných kovov sú skupinou materiálov so všeobecným vzorcom MX2, kde M je prechodný kov zo IV. (napr. Ti, Zr, Hf a pod.), V. (napr. V, Nb, Ta) alebo VI. (Mo, W) skupiny periodickej tabuľky  a X je chalkogén (S, Se, or Te). Kryštálová štruktúra TMD materiálov pozostáva zo slabo viazaných  vrstiev X-M-X, v ktorých je vrstva atómov kovu uzavretá medzi dvoma vrstvami X, pričom atómy vo vrstve sú viazané hexagonálne. Susediace vrstvy sú slabo viazané pomocou van der Waalsove interakcií a takto tvoria objemové kryštály rôznych typov v závislosti koordinácie kovového atómu a poradia vrstiev. Celková symetria TMD kryštálov môže byť hexagonálna alebo ortorombická, atóm kovu je v oktoedrickej alebo trigonálno-prizmatickej koordinácii.

 

Obr. 1 Trojrozmerné schematické znázornenie štruktúry MoS/Se2, s atómami chalkogénu (X) v žltej a atómy kovu (Mo) v modrej farbe.

 

Disulfid molybdénu MoS2 je doposiaľ najviac využívaným materiálom z tejto skupiny. Vďaka svojim charakteristickým vlastnostiam sa využíva v rôznych oblastiach, napríklad ako katalyzátor pri desulfurizácií v petrochemickom priemysle, vo ]fotovoltaických článkoch, v nanotribológii, v lítiových batériách či ako suchý lubrikant [9]. Objemový MoS2 je polovodič so šírkou zakázaného pásu 1.2 eV. Hoci je tento materiál pripravovaný a študovaný už niekoľko desaťročí, MoS2 vo forme monovrstiev vyvolala v poslednej dobe veľký záujem, a to hlavne kvôli možnosti jeho využitia vo forme dvojrozmerných nanosúčastiek. Redukciou hrúbky na jednu monovrstvu sa MoS2 stáva priamym polovodičom  so šírkou zakázaného pásu 1.8 eV, ktorý sa dá relatívne ľahko pripraviť pomocou mikromechanickej exfoliácie alebo interkalácie lítiom. V monovrstvách MoS2 je možné pomocou oxidu hafnia slúžiaceho ako dielektrické hradlo dosiahnuť pri izbovej teplote pohyblivosť väčšiu ako 200 cm2V-1s-1. Tranzistor pripravený z MoS2 monovrstvy má pri izbovej teplote prúdový pomer pri vypnutom a zapnutom stave 1 x 108 a veľmi nízke kľudové straty. Experimentálne výsledky spustil teoretický záujem o fyzikálne a chemické vlastností dvojrozmerných MoS2 nanoštruktúr s cieľom odhaliť pôvod pozorovaných elektrických, optických, mechanických a magnetických vlastností, a pomôcť tak pri konštrukcii nových súčiastok na báze MoS2.

 

Sojková, M., Šiffalovič, P., Babchenko, O., Vanko, G., Dobročka, E., Hagara, J., Mrkývková, N., Majková, E.,  Ižák, T., Kromka, A., and Hulman, M.: Carbide-free one-zone sulfurization method grows thin MoS2 layers on polycrystalline CVD diamond, Sci Rep. 9 (2019) 2001.

Novák, J., Laurenčíková, A., Eliáš, P., Hasenöhrl, S., Sojková, M., Dobročka, E., Kováč, J.jr., Kováč, J., Ďurišová, J., and Pudiš, D.: Nanorods and nanocones for advanced sensor applications, Applied Surface Sci 461 (2018) 61-65.

Hotový, I., Spiess, L., Sojková, M., Kostič, I., Mikolášek, M., Predanocy, M., Romanus, H., Hulman, M., and Řeháček, V.: Structural and optical properties of WS2 prepared using sulfurization of different thick sputtered tungsten films, Applied Surface Sci 461 (2018) 133-138.

Chromik, Š., Sojková, M., Vretenár, V., Rosová, A., Dobročka, E., Hulman, M., : Influence of GaN/AlGaN/GaN (0001) and Si (100) substrates on structural properties of extremely thin MoS2 films grown by pulsed laser deposition. Applied Surface Sci 395 (2017) 232-236.

Sojková, M., Chromik, Š., Rosová, A., Dobročka, E., Hutár, P., Machajdík, D., Kobzev, A., Hulman, M., : MoS2 thin films prepared by sulfurization. Proc. SPIE 10354 (2017) 103541K-1.