Матеріалознавці побачили в мікроскоп розрив плівки сульфіду молібдену

Американські вчені розробили методику дослідження зміни структури полікристалічних плівок дисульфідів перехідних металів під дією електричного струму за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії. На прикладі дисульфіду молібдену автори виявили, що найважливішу роль у руйнуванні плівки відіграють порожнечі на кордоні зерен, які ростуть за рахунок міграції атомів молібдену і сірки. Результати дослідження опубліковані в журналі.


Почесні напівпровідники, такі як графен і нітрид бора, мають великий потенціал для застосування в електронних пристроях нового покоління. В останні роки для створення більш стабільних напівпровідникових матеріалів з потрібними електричними, оптичними і каталітичними властивостями синтезують шарковисті структури дихалькогенідів перехідних металів з заданими дефектами. Так, наприклад, електричні властивості меж між зернами діхалькогенідів, отриманими в газовій фазі, відрізняються від властивостей решти структури і залежать від кута нахилу меж зерен. Недавні дослідження показали, що ці кордони в процесі роботи пристрою сильніше нагріваються і окислюються, що скорочує термін служби матеріалу. Подібні явища пояснюють наявністю нанопор і вакансій атомів сірки в плівці.


Для вивчення залежностей властивостей від динамічних змін структури шарів, через матеріал пропускають електричний струм і за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа стежать за зміною електричної відповіді матеріалу залежно від нанофізичних явищ у структурі матеріалу. Подібні експерименти технічно складно здійснити, тому досліджень одношарових структур діхалькогенідів перехідних металів цим методом не так багато.

Акшай Мурті (Akshay A. Murthy) з колегами з Північно-Західного університету розробили методику синтезу і вивчення зміни структури полікристалічних плівок одношарового дисульфіду молібдену під дією струму зміщення методом просвічувальної електронної мікроскопії. Вчені помістили на кремнієво-кварцеву сітку мікроскопа електроди з золота на відстані одного мікрону один від одного і перенесли на них полікристалічну одношарову плівку дисульфіду молібдену між парами електродів, до яких потім під'єднали дроти.

Автори виявили, що в електричному полі напружені області біля межі зерен поводяться як джерело вакансій, а порожнечі на кордоні, навпаки, ростуть за рахунок поглинання вакансій, що призводить до появи потоку вакансій у напрямку до меж зерен. Дослідники також виявили, що ця «течія» призводить до виникнення молібденових кластерів, які збираються біля пустот у плівці. Причому процес перебігу вакансій не нескінченний, а досягає метастабільного стану після декількох первинних циклів накладення напруги зміщення.

З'ясування причин руйнування полікристалічної структури одношарових плівок дисульфідів перехідних металів дозволить в майбутньому знайти способи запобігання небажаних процесів. За словами авторів, розроблена методика дозволить дослідити інші плівки і розробляти моделі складних взаємодій атомів, які поліпшать властивості матеріалу в макромасштабі.

Дисульфід молібдена може бути корисний і для виробництва питної води. У 2015 році американські вчені побудували теоретичні моделі мембран з цієї речовини, здатні ефективно опрісняти воду. А через рік після цього стенфордські хіміки розробили нанолабіринт, який міг дезінфікувати воду під дією світла.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND