Para peneliti di Universitas Teknologi Chalmers menyajikan metode untuk mengontrol tepi bahan dua dimensi secara halus dengan menggunakan bahan kimia ‘ajaib’: hidrogen peroksida. Kredit: Alexander Ericson / Yen Strandqvist / Universitas Teknologi Chalmers
Bahan ultrafine com grafik mereka menjanjikan revolusi dalam ilmu nano dan teknologi. Peneliti dari Universitas Teknologi Chalmers, Swedia, kini telah membuat kemajuan signifikan di bidangnya. Dalam makalah terbaru yang diterbitkan di Komunikasi tentang Alam mereka menyajikan metode untuk mengontrol tepi bahan dua dimensi menggunakan bahan kimia “ajaib”.
“Metode kami memungkinkan Anda untuk mengontrol tepinya – atom per atom, dengan cara yang mudah dan terukur, hanya menggunakan pemanasan lembut bersama dengan bahan kimia ramah lingkungan yang berlimpah seperti hidrogen peroksida, “kata Battulga Munkhbat, peneliti pascadoktoral di Departemen Fisika di Universitas Teknologi dari Chalmers, dan penulis pertama dari karya tersebut.
Bahan setipis lapisan atom tunggal dikenal sebagai bahan dua dimensi atau 2D. Contoh paling terkenal adalah graphene, serta molibdenum disulfida, analog semikonduktornya. Perkembangan masa depan dalam bidang ini bisa mendapatkan keuntungan dari mempelajari fitur tertentu yang melekat pada bahan-bahan ini: tepinya. Kontrol tepi adalah masalah ilmiah yang menantang, karena sangat berbeda dibandingkan dengan materi utama materi 2D. Misalnya, jenis tepi tertentu yang ditemukan dalam logam transisi dichalcogenides (dikenal sebagai TMDs, seperti molibdenum sulfida yang disebutkan di atas), mungkin memiliki sifat magnet dan katalitik.
“Metode kami memungkinkan Anda untuk mengontrol tepi – atom demi atom – dengan cara yang mudah dan skalabel, hanya menggunakan pemanasan lembut bersama dengan bahan kimia ramah lingkungan yang berlimpah, seperti hidrogen peroksida,” kata Battulga Munkhbat, peneliti postdoctoral. di Departemen Fisika di Universitas Teknologi Chalmers dan penulis pertama karya tersebut. Kredit: Anna Lena Lundqvist / Universitas Teknologi Chalmers
Bahan TMD tipikal memiliki tepian yang bisa ada dalam dua varian berbeda, yang dikenal sebagai zigzag atau kursi berlengan. Alternatif ini sangat berbeda sehingga sifat fisik dan kimianya tidak memiliki kemiripan sama sekali. Misalnya, perhitungan memprediksi bahwa tepi zigzag adalah logam dan feromagnetik, sedangkan tepi kursi berlengan adalah semikonduktor dan non-magnet. Mirip dengan variasi penting dalam sifat fisik ini, orang mungkin mengharapkan sifat kimia dari tepi zigzag dan kursi berlengan menjadi sangat berbeda juga. Jika demikian, ada kemungkinan bahan kimia tertentu dapat “melarutkan” tepi kursi, membiarkan bagian yang zigzag tidak terpengaruh.
Sekarang, bahan kimia “ajaib” ini persis seperti yang ditemukan para peneliti Chalmers, dalam bentuk hidrogen peroksida normal. Pada awalnya, para peneliti sangat terkejut dengan hasil baru ini.
“Metode ini membuka kemungkinan baru dan belum pernah terjadi sebelumnya untuk material van der Waals (material berlapis 2D). Sekarang kita dapat menggabungkan fisika tepi dengan fisika 2D dalam satu materi. Ini perkembangan yang sangat menarik, “kata Timur Shegai, seorang profesor di Departemen Fisika Chalmers dan pemimpin proyek penelitian. Kredit: Anna Lena Lundqvist / Universitas Teknologi Chalmers
“Tidak hanya satu jenis tepi yang mendominasi yang lain, tetapi juga tepi yang dihasilkan sangat tajam, hampir setajam atom. Hal ini menunjukkan bahwa zat kimia “ajaib” beroperasi dengan cara yang disebut dengan cara membatasi diri, menghilangkan atom material yang tidak diinginkan oleh atom, yang pada akhirnya menghasilkan tepi pada batas atom. Pola yang dihasilkan mengikuti orientasi kristalografi dari bahan TMD asli, menghasilkan struktur nano heksagonal yang tajam secara atomik, ”kata Battulga Munkhbat.
“Perkembangan yang sangat menarik”
Metode baru, yang mencakup kombinasi metode litograf atas-bawah standar dengan proses pengukiran basah anisotropik baru, oleh karena itu memungkinkan untuk menciptakan tepian yang sempurna pada bahan dua dimensi.
“Metode ini membuka kemungkinan baru dan belum pernah terjadi sebelumnya untuk material van der Waals (material berlapis 2D). Sekarang kita dapat menggabungkan fisika tepi dengan fisika 2D dalam satu materi. Ini merupakan perkembangan yang sangat menakjubkan, “kata Timur Shegai, profesor di Departemen Fisika Chalmers dan pemimpin proyek penelitian.
Ini dan bahan terkait lainnya sering menarik perhatian penelitian, karena memungkinkan kemajuan penting dalam nanosains dan teknologi, dengan kemungkinan aplikasi mulai dari elektronik kuantum hingga jenis perangkat nano baru. Harapan ini diwujudkan dalam Graphene Flagship, inisiatif penelitian terbesar di Eropa, yang dikoordinasikan oleh Universitas Teknologi Chalmers.
Untuk membuat teknologi baru tersedia bagi laboratorium penelitian dan perusahaan teknologi tinggi, para peneliti telah mendirikan sebuah perusahaan baru yang menawarkan bahan TMD setajam atom berkualitas tinggi. Para peneliti juga berencana mengembangkan aplikasi untuk metamaterial yang setajam atom ini.
Referensi: “Metamaterial logam transisi dikalkogenida dengan presisi atom” oleh Battulga Munkhbat, Andrew B. Yankovich, Denis G. Baranov, Ruggero Verre, Eva Olsson, dan Timur O. Shegai, 14 September 2020, Komunikasi tentang Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18428-2