Rekan laboratorium dalam sintesis kristal 2D

Studi ilmiah yang menjelaskan proses dasar seringkali memiliki dampak jangka panjang terbesar. Sebuah karya baru oleh para insinyur Universitas Rice bisa menjadi salah satunya, dan itu adalah gas, gas, gas untuk bahan nano.

Ahli teori bahan beras, Boris Yakobson, mahasiswa pascasarjana Jincheng Lei, dan alumni Yu Xie dari Brown’s Brown College of Engineering telah mengungkapkan bagaimana bahan dua dimensi yang umum muncul, molibdenum disulfida (MoS₂), berkedip menjadi ada selama deposisi uap kimia (CVD).

Mengetahui cara kerja proses akan memberi ilmuwan dan insinyur cara untuk meningkatkan produksi massal MoS₂ Dan bahan berharga lainnya yang diklasifikasikan sebagai chalcogenides logam transisi (TMD), kristal semikonduktor yang merupakan taruhan yang baik untuk menemukan rumah dalam elektronik generasi berikutnya.

Studi mereka ada di Journal of American Chemical Society ACS nano Fokus pada MoS₂“Prasejarah”, khususnya apa yang terjadi dalam oven CVD setelah semua komponen padat berada di tempatnya. CVD, sering dikaitkan dengan graphene dan nanotube karbon, telah dieksploitasi untuk membuat berbagai bahan 2D dengan menyediakan metamaterial padat dan katalis yang menyublim menjadi gas dan bereaksi. Kimia menentukan molekul yang jatuh dari gas dan mengendap pada substrat, seperti tembaga atau silikon, dan berkumpul menjadi kristal dua dimensi.

Masalahnya adalah begitu tungku dinyalakan, tidak mungkin untuk melihat atau mengukur reaksi berantai kompleks dalam sup kimia secara real time.

“Ratusan laboratorium sedang memasak TMD, sama sekali tidak menyadari transformasi kompleks yang terjadi dalam oven gelap,” kata Jakobson, profesor ilmu material dan rekayasa nano dan profesor kimia di Karl F. Haselmann. “Di sini, kami menggunakan simulasi dan analisis kuantum untuk mengungkapkan apa yang, dalam kegelapan, mengarah pada sintesis.”

Teori Jakobson sering mengarahkan para empiris untuk membuat prediksinya menjadi kenyataan. (misalnya, boron buckyballs). Kali ini, lab beras telah mengidentifikasi jalur molibdenum oksida (MoO .)₃) dan bubuk belerang untuk menyimpan jaringan tipis atom di permukaan.

Jawaban singkatnya adalah dibutuhkan tiga langkah. Pertama, padatan dipanaskan melalui pemanasan untuk mengubahnya dari padat menjadi gas, termasuk apa yang disebut Jakobson sebagai molekul cincin “indah”, tri-molibdenum non-oksida (Mo₃Sebuah₉). Kedua, gas yang mengandung molibdenum bereaksi dengan atom belerang di bawah panas tinggi hingga 4.040 derajat Fahrenheit. Ketiga, partikel molibdenum dan belerang jatuh ke permukaan, di mana mereka mengkristal dalam karakteristik kisi seperti selempang TMD.

Apa yang terjadi pada langkah tengah adalah yang paling penting bagi para peneliti. Simulasi laboratorium telah menunjukkan bahwa tiga reaktor fase gas utama adalah tersangka utama dalam pembuatan MoS₂Cincin Sulfur Moخاتم₃Sebuah₉ Molekul yang terbentuk dengan adanya belerang dan hibridisasi selanjutnya dari MoS₆ yang membentuk kristal, melepaskan kelebihan atom belerang dalam prosesnya.

Dia berkata padaku Simulasi dinamika molekul Tunjukkan hambatan aktivasi yang harus diatasi untuk memicu proses, biasanya dalam pikodetik.

“Dalam simulasi dinamika molekul kami, kami menemukan bahwa cincin ini terbuka oleh interaksinya dengan belerang, yang menyerang oksigen yang melekat pada atom molibdenum,” katanya. “Cincin menjadi rantai, dan interaksi lebih lanjut dengan molekul belerang memisahkan rantai ini menjadi monomer molibdenum sulfida. Bagian terpenting adalah pemutusan rantai, yang mengatasi penghalang energi tertinggi.”

Kesadaran ini, katanya kepada saya, dapat membantu laboratorium menyederhanakan prosesnya. “Jika kita dapat menemukan molekul prekursor hanya dengan satu atom molibdenum, kita tidak perlu mengatasi hambatan pemutusan rantai yang tinggi,” katanya.

Studi ini dapat diterapkan pada gangguan TMJ lainnya, kata Jakobson.

“Hasilnya sering meningkatkan rekayasa nano eksperimental menjadi usaha berorientasi sains mendasar, di mana proses dapat diprediksi dan dioptimalkan,” katanya, mencatat bahwa sementara kimia telah dikenal secara umum sejak penemuan fullerene TMD pada awal 1990-an, rinciannya akan memajukan pengembangan sintesis dua dimensi.

Baru sekarang kita bisa ‘mengurutkan’ kimia bergradasi selangkah demi selangkah, kata Jakobson. “Ini akan memungkinkan kami untuk meningkatkan kualitas bahan 2D, serta mempelajari produk sampingan produk gas yang mungkin berguna dan ditangkap dalam perjalanan, membuka peluang untuk teknik kimia.”