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超越石墨烯?光学设备优选材料——二硫化钼



   澳大利亚国立大学(ANU)Larry Lu博士领导的研究小组宣布研发出了世界上最薄相机镜头,厚度仅6.3纳米,相当于一根头发厚度的两千分之一。研究人员表示这种镜头使用二硫化钼晶体,是柔性显示屏最佳选择,实现镜头单元的小型化。





  厚度为0.7纳米的单层二硫化钼具有光学路径长度,耐高温,能控制光线和抗显示器干扰等特性。研究人员使用了9层二硫化钼(MDS)原子层构成了这个镜头。



  Dr Lu博士表示:“通过在原子层控制光的流动将开辟打光学元件小型化和整合先进光学功能的新途径。”


  与石墨烯相比,在两种材料中,二硫化钼研究率先起步。二硫化钼于2008年合成,是叫作过渡金属二硫化物材料(TMDs)大家族的成员之一。这个显得有点“花哨”的名字代表了它们的结构:一个过渡金属原子(即钼原子)和一对包括硫元素、硒元素在内的来自元素周期表第16列的原子(该元素家族以氧族元素著称)。

  让电子制造者惊喜的是,所有TMDs均是半导体。它们和石墨烯的薄度近乎相同(在二硫化钼中,两层硫原子把一层钼原子像“三明治”那样夹在中间),但是它们却有其他优点。就二硫化钼而言,优点之一是电子在平面薄片中的运行速度,即电子迁移率。二硫化钼的电子迁移速率大约是100cm2/vs(即每平方厘米每伏秒通过100个电子),这远低于晶体硅的电子迁移速率1400 cm2/vs ,但是比非晶硅和其他超薄半导体的迁移速度更好,科学家正在研究这些材料,使其用于未来电子产品,如柔性显示屏和其他可以灵活伸展的电子产品。

  研究表明,二硫化钼还极易制作,即便是制作大片的二维材料。这让工程师能以非常快的速度检测它们在电子产品中的性能。例如,2011年,由瑞士联邦理工学院的Andras Kis带领的研究团队在《自然—纳米技术》发表文章称,他们用仅有0.65纳米厚的二硫化钼单层薄片制作出首批晶体管。结果证明,那些产品以及随后的产品比技术更先进的以硅为基础的同类产品具有其他独特属性。

  除此之外,二硫化钼还有其他令人向往的特性,即直接带隙,这一特性使该材料把电子转变成光子,反之亦然。这个特性也让二硫化钼成为光学设备中采用的优质候选对象,这些设备诸如光发射器、激光、光电探测器,甚至还包括太阳能电池。一些科学家表示,这种材料还具备储量丰富、价格低廉、无毒性等特点,因此人们认为:“它的前途一片光明。”然而,二硫化钼的电子迁移速率仍然不够高,很难在拥挤的电子市场中具有竞争优势。其原因是这种材料的结构特征,电子在其内部移动时,碰到较大的金属原子后会在其结构内发生弹离,从而降低迁移速度。

  但也有科学家表示,这种“绊脚石”将是短暂性的。研究人员正在试图绕过这些障碍——通过变得略厚一些的多层二硫化钼薄片,从而给压缩电子提供选择路径使其绕过路障。“届时,二硫化钼的迁移性问题将被解决。”Yi-Hsien Lee说。


来源:材料科学与工程