Department of Low-dimensional Systems

Vědci z AV ČR přeměnili charakter polovodivé vrstvy sulfidu molybdeničitého na kovovou.

Mechanická deformace tak otevírá nové možnosti ve výzkumu jednovrstvých materiálů.

Tým dr. Otakara Franka z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR ve spolupráci s kolegy z Přírodovědecké fakulty UK v Praze a Univerzity Complutense v Madridu představil jednoduchou experimentální metodu manipulace elektronové struktury jednovrstvého sulfidu molybdeničitého (MoS₂). Vědci pomocí tlaku působícího kolmo na vrstvu sulfidu změnili jeho charakter z polovodiče na kov, a to za tlaku mnohem nižšího (3 GPa), než jaký je potřeba k dosažení stejného efektu u vícevrstevného MoS₂ (20-30 GPa v závislosti na orientaci tlaku). Překvapivé je také naprosto odlišné působení jednoosého tlaku oproti tlaku všesměrnému (hydrostatickému), pomocí kterého zatím přechod polovodič-kov v monovrstvém MoS₂ nebyl experimentálně proveden - tlak k tomu nutný je podle výpočtů větší než 60 GPa.
Rozdílné chování monovrstvého a vícevrstvého MoS₂ při působení jednoosého a hydrostatického tlaku tým vysvětluje pomocí teoretických výpočtů. Ty ukazují, že reakce elektronové struktury vícevrstvého MoS₂ na působení obou typů tlaku je velmi podobná a je způsobena zejména přibližováním jednotlivých vrstev k sobě, přičemž změny uspořádání atomů v jednotlivých vrstvách jsou malé a ne příliš výrazné. Oproti tomu u monovrstvého MoS₂ hraje konfigurace atomů v rámci vrstvy zásadní roli a zde se již rozdíl v efektu jednoosého a všesměrného tlaku projevuje extrémně.

Práce publikovaná v prestižním časopisu Nano Letters tak ukazuje enormní citlivost elektronové struktury jednovrstvého MoS₂ na mechanickou deformaci, kde pouhá změna směru působení vnější tlaku nejen převrátí pozorovaný efekt, v tomto případě zavírání oproti otevírání zakázaného pásu, ale umožní i značné snížení sil potřebných k dosažení takových efektů. „Jedná se však jen o demonstraci možností, které nám mechanická deformace dává – rodina chalkogenidů přechodných kovů, do které patří sulfid molybdeničitý, zahrnuje celou plejádu materiálů s polovodivými či kovovými vlastnostmi, které bychom rádi uměli měnit pomocí správně zvolené deformace tak, jak chceme či jak by vyžadovala konkrétní aplikace,“ doplňuje Otakar Frank.

• Press release_04_05_2015.pdf (0.08MB)