Alternatyva siliciui, pranašesnė už grafeną

LANES laboratorijoje atlikti tyrimai parodė, jog molibdenitas, žymimas MoS2, yra labai veiksmingas puslaidininkis. Šis gamtoje gausiai aptinkamas mineralas dažnai pramonėje naudojamas kaip plieno lydinių sudedamoji dalis arba alyvos priedas. Vis dėlto tyrimų apie galimą molibdenito panaudojimą elektronikoje iki šiol buvo atlikta vos vienas kitas.

„Tai labai plona dvimatė medžiaga – ją nesunku pritaikyti kuriant nanotechnologijas, – pasakoja Šveicarijos federalinio technologijos instituto profesorius Andrasas Kisas (Andras Kis). – Molibdenitas turi didžiulį potencialą, kurį galima išnaudoti gaminant itin mažus tranzistorius, šviesos diodus ir saulės elementus“. Mokslininkas palygina šio mineralo privalumus su kitomis medžiagomis: siliciu, vis dar užimančiu dominuojančią padėtį elektronikos ir kompiuterinių lustų gamyboje, ir grafenu, kurio atradimas 2004 metais atnešė Mančesterio universiteto (Jungtinė Karalystė) fizikams Andre Geimui (André Geim) ir Konstantinui Novosiolovui (Konstantin Novoselov) 2010 metų fizikos Nobelio premiją.

Vienas iš molibdenito privalumą yra tas, kad jis yra mažesnės apimties už trimatės sandaros silicį. „0.65 nanometro storio molibdenito plėvelėje elektronai gali judėti taip pat laisvai kaip ir analogiškoje 2 nanometrų storio silicio plėvelėje, – aiškina A. Kisas. – Tačiau kol kas neįmanoma pagaminti tokios silicio plėvelės, kuri savo storiu atitiktų viensluosksnę MoS2 plėvelę“. Dar vienas molibdenito privalumas yra tas, jog iš jo galima pagaminti tranzistorius, parengties režime suvartojančius 100 tūkst. kartų mažiau energijos už įprastinius silicio pagrindo tranzistorius. Tam, kad tranzistorių būtų galima įjungti ir išjungti, reikia atitinkamo draudžiamosios energijos tarpo puslaidininkio, todėl molibdenitas su 1.8 elektronvolto pločio tarpu šiam reikalui reikalui idealiai tinka.

Kietojo kūno fizikoje vadinamoji juostų teorija aprašo elektronų energijos lygmenis duotoje medžiagoje. Puslaidininkiuose tarp valentinės ir laidumo juostos egzistuoja tam tikra tuščia erdvė, kurioje elektronų nėra. Tai draudžiamosios energijos tarpas. Jeigu šis tarpas nėra per daug siauras arba platus, elektronai jį gali tiesiog peršokti, o tai leidžia geriau valdyti elektrines medžiagos savybes.

Tokio draudžiamosios energijos tarpo egzistavimas molibdenite šiam mineralui suteikia pranašumą prieš tyrėjų aukštinamą grafeną. Daugelio apibūdinamas kaip ateities pasirinkimas numeris vienas, grafenas yra „pusmetalis“, todėl draudžiamosios energijos tarpo neturi, o dirbtinai tokį sukurti medžiagoje yra labai sudėtinga.