Согласно статье, важно понимать атомную структуру ГБ, чтобы контролировать и улучшать свойства электрического переноса как в объемных, так и в низкоразмерных материалах. Границы зерен — это направление, в котором атомы расположены в материале. Для экспериментов, проведенных учеными из CINAP, однослойный дисульфид молибдена (MoS2) был выращен методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), а затем перенесен на подложку из диоксида кремния (SiO2). Причины использования MoS2 двоякие: во-первых, это двумерный полупроводник с высокой электропроводностью и, что особенно важно, с естественной запрещенной зоной, которая позволяет его включать и выключать; во-вторых, четко определены границы зерен.
Это первостепенное значение для успешных экспериментов. Предыдущее исследование Северо-Западного университета показало, что ГБ MoS2 обеспечивают уникальный способ модуляции сопротивления; это было достигнуто за счет использования большого электрического поля для пространственной модуляции расположения границ зерен.
Результаты Northwestern, опубликованные в прошлом году в журнале Nature Nanotechnology, открыли путь для будущих исследований, но дебаты о физике переноса в Великобритании все еще остаются предметом споров. Это связано с большим разбросом производительности от устройства к устройству, плохой мобильностью однодоменных носителей и, что наиболее важно, отсутствием корреляции между транспортными свойствами и атомными структурами ГБ в исследованиях MoS2. Команда CINAP, возглавляемая директором Центра Янг Хи Ли, преодолела эти препятствия, напрямую сопоставив четырехзондовые измерения переноса через отдельные ГБ с изображениями с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) высокого разрешения и расчетами из первых принципов. ПЭМ — это метод микроскопии, при котором пучок электронов проходит через ультратонкий образец, взаимодействуя с ним по мере его прохождения.
Точное изображение атомного масштаба формируется в результате взаимодействия электронов, прошедших через образец.Определение границ зерна
Были идентифицированы ГБ в слоях MoS2, и затем были выбраны области без признаков морщин или многослойность, чтобы предотвратить неправильную интерпретацию. Затем на подложке были выполнены четырехзондовые транспортные измерения с удивительными результатами; при измерении разориентации чешуек на 8-20o подвижность увеличивалась с намного менее 1 см2В-1с-1 до 16 см2 В-1с-1. При величине полевого эффекта более 20o подвижность достигает насыщения при внутридоменной отсечке 16 см2 V-1s-1.
Таким образом, GB между хлопьями, имеющими угол разориентации 20-60o, демонстрируют лучшие транспортные свойства.Команда, как сообщается в их статье, «предоставила более единую картину взаимосвязи между подвижностью, углом слияния и атомистическими структурами ГБ монослоя MoS2».
Результаты обеспечивают практические ожидания в отношении транспортных свойств в пленках большой площади, которые будут в значительной степени ограничены плохой мобильностью через ГБ. Результаты, полученные в этой работе, применимы к другим аналогичным 2D-системам и способствуют фундаментальному пониманию транспорта в полупроводниках.