De groeirichting van tweedimensionaal wolfraamdisulfide (WS2) is afhankelijk van de laagdikte van de groeioplossing. Onderzoekers van de Universiteit Utrecht (UU) ontdekten dat de 2D-lagen in een dunne groeioplossing horizontaal groeien, terwijl ze in een dikke groeioplossing verticaal groeien.

AFM_300dpi_ratio2-3

Artistieke impressie tweedimensionaal groeiproces

Beeld: Universiteit Utrecht

De onderzoekers voerden hun groeiexperimenten uit binnenin een elektronenmicroscoop (TEM). Naast de selectieve groeirichting bleek dat de 2D-lagen veel groter en homogener worden als er goud- of platinadeeltjes in het substraat aanwezig zijn. Ze publiceerden hun resultaten in Advanced Functional Materials.

_B0A5310

Marijn van Huis

Marijn van Huis legt uit: ‘Verticale tweedimensionale WS2-lagen zijn nuttig voor katalytische toepassingen, omdat de activiteit plaatsvindt aan de uiteinden van de 2D-lagen. De horizontale 2D-lagen zijn interessant voor nano-elektronica.’

Volgens Van Huis behoort WS2 tot de meest bestudeerde tweedimensionale materialen, naast grafeen, boornitride (BN) en MoS2. WS2 is een halfgeleider, wat het geschikt maakt om transistoren mee te bouwen, en heeft een bandgap tussen de 1.3 en 2.0 eV. ‘Dat is groot genoeg om geen last te hebben van thermische ruis – ladingsdragers die al op kamertemperatuur ontstaan – en klein genoeg om met kleine stroompjes aangestuurd te worden.’

Door de experimenten in situ uit te voeren binnen de TEM, konden de onderzoekers het gehele proces op nanometerschaal observeren in plaats van alleen de uitkomst zien. De groeioplossing werd aangebracht op een speciale nanochip van silicium en dunne siliciumnitride- (SiN) membranen. Binnenin de chip zit een platina draad die je verhit door er elektrische stroom doorheen te laten lopen. De temperatuur van de chip is los in te stellen. De onderzoekers brachten de groeioplossing aan op de chip, de chip werd in een houder in de TEM geladen en vervolgens observeerden ze ter plekke hoe de 2D-lagen groeiden bij verhitting van de groeioplossing. De aanvullende informatie bij de publicatie bevat filmpjes die het groeiproces laten zien.

_B0A5364

Elektronenmicroscopiecentrum in Utrecht

Gavhane, D. S. et al. (2021) Adv. Func. Mat. https://doi.org/10.1002/adfm.202106450