Новый подход к молибденовому дисульфиду: превращение в сверхпроводник, металл, полупроводник и изолятор

Об этом сообщает «Politexpert» со ссылкой на SciTechDaily 

Ученые из института RIKEN представили революционную методику, которая позволяет изменять свойства молибденового дисульфида, превращая его в сверхпроводник, металл, полупроводник или изолятор. Это открытие открывает новые горизонты в области разработки электроники и сверхпроводников, давая возможность управлять свойствами материала с помощью добавления калиевых ионов и изменения температуры.

Манипуляции с молибденом

Молибденовый дисульфид (MoS2) — это двухмерный материал, который обладает уникальной структурой. Каждая его атомная пленка состоит из атомов молибдена, заключенных между двумя слоями серы. Эти слои могут быть организованы в различные фазы, и в зависимости от их расположения MoS2 может вести себя как полупроводник или как металл. В рамках исследования ученые продемонстрировали, что с помощью точной настройки добавления калиевых ионов и изменения температуры, можно манипулировать фазами материала, что открывает новые возможности для создания устройств будущего.

Ранее молибденовый дисульфид использовался в полупроводниковых устройствах благодаря своей способности вести себя как полупроводник в фазе 2H. Однако, в ходе последующих экспериментов ученые обнаружили, что под воздействием калиевых ионов материал может переходить в фазу 1T, которая ведет себя как металл. Этот эффект был неожиданным и позволил расширить применение материала в других областях, таких как сверхпроводимость.

Калиовые ионы и их влияние на фазовый переход

Для изучения фазовых изменений молибденового дисульфида ученые создали полевое транзисторное устройство, в котором можно было точно контролировать добавление калиевых ионов в материал. Этот процесс позволил материалу переходить из фазы 2H в фазу 1T, причем изменение происходило при добавлении калия в количестве двух ионов на пять атомов молибдена. Это открытие показало прямую связь между концентрацией калиевых ионов и фазовым поведением материала, что значительно расширяет понимание о возможностях манипуляции с двухмерными материалами.

После перехода в фазу 1T ученые продолжили эксперименты, добавив калиевые ионы в материал и охладив его до температуры –268°C. Результат оказался неожиданным: материал стал сверхпроводником, что раньше не наблюдалось в этой фазе. Это открытие дало новый взгляд на потенциал молибденового дисульфида для создания сверхпроводников, способных работать при относительно высоких температурах.

Неожиданный переход в изолятор

Однако на этом сюрпризы не закончились. В дальнейшем, когда калий начал выходить из молибденового дисульфида и концентрация ионов снизилась, материал неожиданно перешел в состояние изолятора. Этот переход был зафиксирован при температуре –193°C. Ученые подчеркивают, что подобное поведение было непредсказуемым и открывает новые пути для разработки материалов с переменной проводимостью, что особенно важно для создания новых типов электроники и технологий.

Эти эксперименты показывают, что изменение состава и условий окружающей среды может кардинально изменить свойства материалов, открывая новые возможности для их применения в самых различных сферах, от сверхпроводимости до создания новых видов полупроводниковых устройств.

Перспективы будущих исследований

Команда RIKEN разработала эту методику в течение последнего десятилетия, и она уже дала впечатляющие результаты в области изучения новых сверхпроводников и других фазовых переходов в материалах. Согласно ученым, эта методика позволяет не только раскрыть новые свойства сверхпроводников, но и создать новые материалы с заранее заданными свойствами, что откроет широкие возможности для разработки инновационных технологий в области электроники и энергетики.

В будущем ученые планируют продолжить исследования молибденового дисульфида и других двухмерных материалов, чтобы глубже понять механизмы фазовых переходов и использовать эти знания для создания более эффективных и мощных устройств, а также для развития новых технологий, таких как квантовые компьютеры.

Напомним, ранее мы писали о том, может ли блокчейн стать следующим этапом развития интернета.