从超速纳米液滴制备纳米带的新方法

隶属于UNIST的国际研究团队发现了一种合成超薄半导体的新方法。这是一种独特的生长机制，它产生的纳米半导体带仅有几个原子厚度。

这一突破由UNT基础科学研究所(IBS)多维碳材料中心(CMCM)的冯鼎杰教授和赵文博士与新加坡国立大学(NUS)合作进行，国家材料科学研究院(NIMS)，国家先进工业科学技术研究所(AIST)和深圳大学。

在该研究中，研究团队通过气 - 液 - 固(VLS)生长机制(一种化学气相沉积(CVD)工艺)成功制备了MoS2纳米带。

“通过VLS生长机制合成垂直细长结构。”

化学气相沉积或CVD是一组工艺的通用名称，其中固体材料通过在正常加热的基板表面上或附近发生的化学反应从蒸汽沉积。它是用于生产半导体薄膜和纳米结构的最广泛采用的工业技术。

研究小组指出，“目前方法可以控制合成的结构范围在形态，空间选择性，晶体取向，层数和化学成分方面仍然受到限制。” “因此，开发多种生长方法对于实现基于这些材料的高度集成的电子和光子器件至关重要。

“目前基于CVD的生长过程依赖于前体的固有动力学在基板表面上扩散和自组织，从而产生具有特征三角形或六边形形状的微晶，”赵博士说。“这种仅有几个原子厚度的纳米半导体带的独特生长机制是令人兴奋的发现。” 在该研究中，她进行了基于密度泛函理论的MoS2沉淀过程的分子动力学(DFT-MD)模拟。

所提出的VLS生长机制不同于通常已知的CVD技术，因为它涉及在气相中引入的前体在冷凝成固体产物之前形成液滴中间体。

该团队指出，生长产品的形态与VLS生长通常所预期的不同，VLS生长通常产生圆柱形或管状结构而不是带状。他们的观察表明液滴以相当有序的方式迁移到基板表面上，留下了超薄晶体的轨道。

“因为液滴以相当有序的方式在基板表面上迁移，所以生长产物的形态产生圆柱形或管状结构而不是带状物。” 赵博士说。

然而，这一次，主要是单层MoS2带的水平生长是通过VLS生长获得的，VLS生长是迄今尚未报道的独特生长机制。

他们的观察表明，单层MoS2的VLS生长是由MoO3和NaCl之间的反应引发的，这导致熔融的Na-Mo-O液滴的形成。当硫饱和时，这些液滴以“爬行模式”介导MoS2带的生长。局部明确定义的条带取向显示了生长期间液滴的规则水平运动。

“协助MoS2丝带的生长，就像用墨滴绘画一样。”

为了深入了解液固转变，丁教授的团队进行了基于密度泛函理论的分子动力学(DFT-MD)沉淀过程的总结。模拟显示钼(Mo)和硫(S)与先前建立的MoS2的附着。

“值得注意的是，尽管存在大量氧原子，MoS2仍未被氧化，”研究小组说。“我们还观察到富含Mo和S原子的区域中MoS2团簇的成核，进一步支持了液体介导的成核和MoS2生长的可行性。”

“这项研究引发了有关纳米材料表面和界面生长的问题，”丁教授说。“通过鉴定合适的液相中间体化合物，我们相信可以实现一系列范德瓦尔斯层状材料的直接1D生长。”

该团队预计可以使用类似的方法种植许多其他材料。他们的短期目标是更好地了解生长机制并控制色带的形态。

“我们的工作确定了许多关于纳米材料表面和界面生长的有趣问题，”新加坡国立大学(NUS)的Goki Eda教授说，他是本研究的通讯作者。“我们预测，直接生长复杂结构的能力将极大地促进高性能纳米电子电路的实现。”