对氧分子与作为新一代半导体而开发的原子薄层材料相互作用的研究可以显着改善对这些二维(2D)材料的制造和应用的控制。

这项研究由韩国大邱庆北科学技术研究所(DGIST)的研究人员与韩国其他地方和日本的同事共同完成，发表在《AdvancedScience》杂志上。

包含二维材料的单层键合原子可以具有半导体特性，适合于制造比通常可能的尺寸小得多的电子元件，包括晶体管。这可以将微电子学提升到纳米电子学水平，构建微型且更高效的电路，包括柔性设备和太阳能电池。

一些最有前途的二维材料是过渡金属二硫族化物(TMD)，它含有元素周期表中过渡金属族的元素，并结合了两倍数量的硫族元素，尤其是硫、硒和碲。DGIST团队及其同事研究了钨和硫的单层TMD晶体，其化学式为WS2。

他们研究了氧分子吸附到晶体缺陷位点(硫空位，其中WS2晶格位点缺少硫原子)的趋势。他们利用电子能量损失谱(EELS)技术探索了缺陷与氧分子之间的相互作用。

它使用电子显微镜发射电子穿过材料，然后分析电子的能量损失模式，以揭示关键的结构信息。EELS结果与光学分析和理论计算的见解相结合。

研究人员特别关注当WS2晶体被封装在WS2层上方和下方的另一种材料——六方氮化硼(h-BN)的单层中时，吸附的氧分子固定到位的能力。h-BN是使用2DTMD构建的电子和光子器件的常见成分。

将氧分子固定在缺陷位置会改变并稳定TMD的电子行为，这一过程称为钝化。这会以微妙的方式影响晶体，从而影响它们在一系列应用中的活性。

DGIST团队的半导体和纳米光子学专家Chang-HeeCho教授表示：“我们的工作为2DTMD中的缺陷相关现象提供了新的见解，这可以引发控制缺陷态的革命性方法。”

Cho补充道：“我们现在希望开发新的实验方法和技术来控制使用h-BN封装的2DTMD的缺陷状态。”“这将使我们能够将该方法朝着全面开发和最终商业用途做好准备。”