看着二维材料的成长

它们是地球上最薄的结构之一：“二维材料”是仅由一层或几层原子组成的晶体。它们经常显示出不寻常的特性，承诺在光电子和能源技术方面有许多新的应用。这些材料之一是二维硫化钼，一种原子级薄的钼和硫原子层。

这种超薄晶体的生产是困难的。结晶过程取决于许多不同的因素。过去，不同的技术产生了非常多样化的结果，但其原因无法准确解释。由于维也纳大学的研究团队和施蒂利亚州的Joanneum研究所开发的新方法，有史以来第一次有可能直接在电子显微镜下观察结晶过程。该方法现已在ACS Nano的科学杂志上发表。

从天然气到水晶

“硫化钼可用于透明和柔性太阳能电池或可持续产生氢气用于储能，”该研究的主要作者，TU Wien材料化学研究所的Bernhard C. Bayer说。“然而，为了做到这一点，必须在受控条件下种植高质量的晶体。”

通常这是通过以气态形式的原子开始，然后以随机和非结构化的方式将它们冷凝在表面上来完成的。在第二步中，原子以规则的晶体形式排列 - 例如通过加热。“然而，结晶过程中的各种化学反应仍然不清楚，这使得开发更好的这种2D材料的生产方法变得非常困难，”拜耳说。

然而，由于采用了一种新方法，现在应该可以准确地研究结晶过程的细节。“这意味着不再需要通过试验和错误进行试验，但由于对这些过程有了更深入的了解，我们可以肯定地说如何获得所需的产品，”拜耳补充道。

石墨烯作为基质

首先，将钼和硫随机放置在由石墨烯制成的膜上。石墨烯可能是2D材料中最着名的 - 一种厚度仅为一个原子层的晶体，由碳原子排列成蜂窝状晶格。然后在电子显微镜中用精细电子束操纵随机排列的钼​​和硫原子。可以同时使用相同的电子束对该过程成像并启动结晶过程。

这样，现在第一次可以直接观察原子在材料生长过程中如何移动和重新排列，厚度仅为两个原子层。“这样做，我们可以看到，最热力学稳定的配置并不一定总是必须是最终状态，”拜耳说。不同的晶体排列相互竞争，相互转化并相互替换。“因此，现在很清楚为什么早期的调查会产生如此不同的结果。我们正在处理一个复杂，动态的过程。” 通过有针对性地干预重排过程，新发现将有助于将2D材料的结构更精确地适应未来的应用要求。