Ученые-материаловеды из Университета Райса проливают свет на сложные процессы выращивания 2D-кристаллов, открывая путь для контролируемого синтеза этих материалов с беспрецедентной точностью.
Двумерные материалы, такие как графен и дисульфид молибдена (MoS 2 ), обладают уникальными свойствами, которые открывают огромные перспективы для применения в электронике, датчиках, хранении энергии, биомедицине и многом другом. Однако их сложные механизмы роста (существуют противоречивые корреляции между тем, как условия роста влияют на форму кристаллов) представляют собой серьезную проблему для исследователей.
Исследовательская группа из Инженерной школы Джорджа Р. Брауна под руководством Райса решила эту задачу, разработав изготовленную по индивидуальному заказу миниатюрную систему химического осаждения из паровой фазы (CVD), способную наблюдать и регистрировать рост 2D-кристаллов MoS 2 в реальном времени. Работа опубликована онлайн в журнале Nano Letters.
Благодаря использованию передовых алгоритмов обработки изображений и машинного обучения исследователи смогли извлечь ценную информацию из отснятого материала в реальном времени , в том числе возможность предсказать условия, необходимые для выращивания очень больших однослойных кристаллов MoS 2 .
Соавтор исследования Джун Лоу, профессор и заместитель заведующего кафедрой материаловедения и наноинженерии в Райсе, сказал, что этот междисциплинарный подход представляет собой значительный шаг вперед в области масштабируемого синтеза 2D-материалов.
«Объединив экспериментальные наблюдения в реальном времени с передовыми методами машинного обучения, мы продемонстрировали возможность прогнозировать и контролировать рост 2D-кристаллов с превосходной точностью», — сказал Лу.
Выводы исследовательской группы имеют далеко идущие последствия для будущего 2D-материалов. Благодаря успеху MoS 2 исследователи полагают, что их подход можно распространить на другие 2D-материалы и гетероструктуры, предлагая мощную платформу для проектирования и разработки 2D-материалов следующего поколения с индивидуальными свойствами.
«Например, в электронике возможность надежно синтезировать 2D-кристаллы, такие как MoS 2 , в больших масштабах может привести к созданию более быстрых и эффективных устройств», — сказал Лу. «В сенсорах это может привести к созданию более чувствительных и избирательных устройств».
«Это исследование является важным шагом на пути к реализации всего потенциала 2D-материалов и открывает путь для разработки инновационных технологий, которые могут произвести революцию в широком спектре отраслей», — сказал Минг Тан, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии, а также научный соавтор.
Теги: микроэлектроника
