Cientistas da National University of Singapore descobriram o mecanismo envolvido quando os dichalcogenetos de metais de transição em substratos metálicos se transformam da fase 1H semicondutora para a fase 1T'quasi-metálica.

Dichalcogenetos de metais de transição bidimensionais (2-D-TMDs), como dissulfeto de molibdênio em monocamada (MoS ₂ ) são semicondutores atomicamente finos nos quais uma camada de átomo de metal de transição é ensanduichada entre duas camadas de átomos de calcogênio, no formato MX2. Eles podem existir em uma fase 1 semicondutora e uma fase 1T'quasi-metálica, com cada um tendo uma estrutura cristalina diferente. A fase 1T 'é particularmente interessante, pois as previsões teóricas mostram que ela tem potencial para ser usada em aplicações menos convencionais, tais como eletrodos de supercapacitor e catalisadores de reação de evolução de hidrogênio. Contudo, a quantidade de TMDs 2-D da fase 1T' que pode ser obtida convertendo-os da fase 1H por meio de um processo de transição de fase é baixa. Isso limita potencialmente o uso de tais novos materiais para uma ampla gama de aplicações.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Andrew Wee do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) descobriu que, embora diferentes materiais 2-D-TMD tenham suas próprias barreiras intrínsecas de energia ao transitar do 1H para o 1T 'fase estrutural, o uso de um substrato metálico com maior reatividade química pode aumentar significativamente o rendimento da transição de fase 1H- para 1T'-. Este é um método conveniente e de alto rendimento para obter materiais 2-D-TMD em sua fase metálica 1T '. Quando o material 2-D-TMD é colocado em contato com o substrato de metal, como ouro, prata e cobre, cargas elétricas são transferidas do substrato de metal para o material 2-D-TMD. Além disso, enfraquece a resistência de ligação da estrutura 2-D-TMD significativamente, e aumenta a magnitude da energia de ligação interfacial. Isso, por sua vez, aumenta a suscetibilidade da transição de fase estrutural 1H-1T '. Como resultado, esta hibridização interfacial aprimorada na interface dos dois materiais torna a transição de fase estrutural 1H-1T 'muito mais fácil de alcançar.

A equipe de pesquisa do NUS combinou várias técnicas experimentais e cálculos de primeiros princípios em seu trabalho de pesquisa. Isso inclui espectroscopias ópticas, microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução e cálculos de primeiros princípios baseados na teoria funcional de densidade para identificar as mudanças de fase - ambas as fases 1H e 1T'-dos 2-D-TMDs nas amostras.

Este estudo fornece novos insights sobre a influência da hibridização interfacial afetando a dinâmica de transição de fase de 2-D-TMDs. Os resultados podem ser usados ​​em um sistema modelo para o crescimento controlado de 2-D-TMDs em substratos metálicos, criando possibilidades para novos aplicativos de dispositivos baseados em 2-D-TMDs.

Prof Wee disse, "A controlabilidade da transição de fase de semicondutor para metal no 2-D-TMD e interfaces de metal pode permitir novas aplicações de dispositivos, como eletrodos de baixa resistência de contato."