根據(jù)一個國際研究團(tuán)隊的研究表明，缺陷可以增強材料的物理，電化學(xué)，磁性，能量和催化性能，完美并不是一切。

“電子器件，如晶體管，通常由相對龐大的金屬，氧化物和晶體半導(dǎo)體堆疊層制成，”賓夕法尼亞州立大學(xué)電氣工程助理教授黃晟熙說。“我們希望用二維材料制作它們，以便它們更快，更小，更靈活?！?br/>
為此，研究人員正在研究硫化鉬單原子層。他們在最近一期ACSNano上報告了他們的研究結(jié)果。

硫化鉬是由一個鉬原子和兩個硫原子連接而成的分子。當(dāng)形成2-D單層薄膜時，分子與中間的鉬和頂部和底部的硫原子對齊。將這些薄膜置于各種基材上-金，單層石墨烯，六方氮化硼和二氧化鈰-并照射以在晶格結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生缺陷。

創(chuàng)建二維材料不是一個完美的制造過程，并且晶格中總是存在缺陷。研究人員希望確定這些缺陷如何改變硫化鉬的物理和電化學(xué)性質(zhì)。輻射導(dǎo)致一些硫化鉬從表面失去硫原子。使用這些不完美的膠片，研究人員可以看到材料是如何使用各種顯微鏡和光譜學(xué)改變的。

晶格缺陷的模擬允許研究人員操縱材料并產(chǎn)生與實驗有缺陷的薄膜匹配的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)模擬的材料特性結(jié)果與實驗結(jié)果相符。

“我們發(fā)現(xiàn)硫缺陷改善了材料的物理特性，”黃說?！巴ㄟ^選擇缺陷的位置和數(shù)量，我們應(yīng)該能夠調(diào)整材料的帶結(jié)構(gòu)，改善其電子功能?！?br/>
實驗上，研究人員發(fā)現(xiàn)硫原子比鉬原子多得多，因為硫在表面，而鉬在中間受到保護(hù)。他們還注意到，因為有很多硫原子離開了這種材料，所以由于沒有硫而導(dǎo)致的缺陷壓倒了晶格中沒有鉬的任何影響。

研究不同基材如何增強或不增強二維材料的性能，研究人員發(fā)現(xiàn)“由于界面處的電荷轉(zhuǎn)移，基板可以調(diào)節(jié)硫化鉬中的電子能級。”基材的材料特性也改變了二維單層的性質(zhì)。二氧化鈰因為是氧化物，與其他基材不同地改變了材料的電性能。

更小，更快，更靈活的電子設(shè)備并不是調(diào)整這些2-D材料的唯一可能結(jié)果。

“如果我們擁有適量的硫空位，我們就可以加強化學(xué)過程，如從水中析出氫，”黃說。

硫化鉬等材料在化學(xué)反應(yīng)中用作催化劑。Huang指的是水的分裂，這是一種用于從液態(tài)水中產(chǎn)生氣態(tài)氫和氧的過程，其中適當(dāng)缺陷的硫化鉬可以增強過程并減少所需的能量和成本并增加產(chǎn)生的氫氣量。

鉬是過渡金屬，該原子團(tuán)的其他成員也形成稱為二硫化物的分子。這些包括鎢，鈮，鋯，鈦和鉭，它們與硫和其他硫族化合物如硒和碲形成層。其他二硫化物可以制成2-D材料，也可以是可調(diào)的以增強其性質(zhì)。

此項目的工作還包括YanChen，XiangJi，KiranAdepalli，XiLing，MildredDresselhaus，JingKong和麻省理工學(xué)院的BilgeYildiz;和KediYin，王新偉，北京大學(xué)薛建民。

中國自然科學(xué)基金，美國能源部，國際原子能機構(gòu)和國家科學(xué)基金會支持這項工作。