Onderzoekers Universiteit Utrecht krijgen controle over groei 2D materiaal

Artistieke impressie van het 2D groeiproces, gezien met een elektronenbundel
Artistieke impressie van het 2D groeiproces, gezien met een elektronenbundel

Onderzoekers in de hele wereld hebben zich gestort op 2D materialen zoals grafeen, omdat daarmee met heel weinig materiaal een heel scala van materiaaleigenschappen kan worden gemaakt. Grafeen is het bekendste 2D materiaal maar niet het handigste, omdat het een metaal is.

Om bijvoorbeeld gewone computerchips te vervangen door veel zuiniger 2D-computerchips, zijn er zogenaamde halfgeleiders nodig. Het 2D materiaal wolfraamdisulfide (WS2) is maar 3 atomen dik en is als 2D halfgeleider een veelbelovende kandidaat. Naast de toepassingen in elektronica is het materiaal ook geschikt om chemische reacties te promoten (katalyse) waardoor minder energie nodig is in chemische fabrieken.

elektronenbundel 2d groeiproces model

Wetenschappers Marijn van Huis en Dnyaneshwar Gavhane van de Universiteit Utrecht hebben de groei van dit 2D materiaal nu live bekeken in de elektronenmicroscoop (EM), door een oplossing te verhitten waaruit het 2D materiaal kan groeien. Als ze een hele dunne laag groeioplossing verhitten, groeit het 2D materiaal horizontaal en als ze een dikke laag groeioplossing verhitten, groeit het 2D materiaal omhoog, met recht opstaande randen. Ze kunnen dus kiezen of ze de groei horizontaal of verticaal willen sturen. Als ze daarnaast ook nog goud- of platina-nanodeeltjes op de ondergrond leggen, groeit het materiaal veel harder en wordt het veel groter. Verder ontdekten ze dat bij de metalen ondergrond ook ‘gedraaide’ lagen ontstonden, waarbij twee lagen WS2 over elkaar heen liggen maar op een gedraaide manier, wat nog meer bijzondere elektrische eigenschappen geeft aan het materiaal. Zij hebben hun onderzoek nu gepubliceerd in het hoog aangeschreven tijdschrift Advanced Functional Materials, inclusief filmpjes die het groeiproces laten zien.