新的合成方法提高了MoS₂的光电性能

由国家科学研究所（INRS）的My Ali El Khakani教授领导的一个国际研究小组对二硫化钼（也称为MoS2）的性质做出了令人惊讶的发现。这种材料在光电子领域备受追捧

这项研究的结果是与皮卡第-儒勒·凡尔纳大学（UPJV）的穆斯塔法·朱亚德教授的团队合作进行的，刚刚发表在《先进光学材料》杂志上，并刊登在5月刊的封面上

这项工作是在Driss Mouloua的论文研究框架内完成的，该研究是在INRS的Énergy Matériaux Télé通信研究中心和UPJV的El Khakani教授和Jouiad教授的联合监督下进行的。Mouloua博士目前是法国原子能委员会的博士后研究员

能源与材料科学博士Mouloua表示：“通过提出一种生长具有垂直分层结构的MoS2薄膜的新方法，我们为合成被标记为‘3D’但具有特殊‘2D’行为的MoS2铺平了道路。这篇论文的研究结果可能会在光电子学和可再生能源领域带来创新发展。”

一种具有独特性能的材料

随着石墨烯及其应用在全球范围内引起的轰动，MoS2正在成为另一种二维（2D）材料，但半导体，因其卓越的性能而引起了科学界的极大兴趣。虽然自20世纪70年代和80年代以来，二硫化钼一直被用作航空航天工业和高性能机械的固体润滑剂，但它正作为光电子的战略材料卷土重来

MoS2是一种能够强烈吸收光并将其转化为具有高电子迁移率的电荷的材料，使其具有快速信号传输的能力。这种独特性能的结合使其对光电应用的发展特别有吸引力，如光电探测器、光子开关、下一代太阳能电池和发光二极管（LED）

然而，所有这些特性都取决于这种二维材料的单层（或原子“单层”）在薄膜中的排列方式，这种材料可以被描绘成“馅饼”结构。随着时间的推移，科学家们已经开发出制造策略，以获得2到5个水平分层的单层，从而利用MoS2的卓越光电性能

一种新的范式

El Khakani教授的团队在最近的研究中改变了范式，证明了可以合成由垂直排列的MoS2层组成的相对较厚的MoS2薄膜（“3D”）。为了实现这一目标，该团队使用了一种基于脉冲激光沉积（PLD）技术的创新方法

通过控制这些薄PLD-MoS2薄膜的生长条件并研究其性能，研究人员获得了相对较厚的MoS2薄膜（约100纳米厚，相当于约200个MoS2原子单层），但它们的光电行为与超薄2D MoS2（只有3-5MoS2单层）惊人地相似

El Khakani教授说：“最终，我们有了一种表现得像2D材料的‘3D’材料，这很有趣，也很有趣。”

通过使用高分辨率电子透射显微镜深入研究其纳米结构特征，研究人员发现，层越垂直，PLD-MoS2薄膜的光电探测性能越好

这种新型纳米结构使垂直MoS2单层能够单独与光相互作用，增强了它们吸收光的能力，并实现了所产生光电荷的快速垂直转移（沿着MoS2层）

这反过来又转化为与几层“2D”MoS2超薄薄膜相当的光电性能。此外，这些“3D”PLD-MoS2薄膜可以扩展到晶片级别，同时避免了与仅合成少数水平单层的挑战性相关的困难

有了这一成就，El Kakhani教授的团队通过控制构成MoS2单层的垂直排列，开辟了一条更好地控制MoS2薄膜光电性能的新途径

“这不仅是第一次使用PLD技术实现具有垂直排列层的MoS2，更重要的是，我们成功地将单层的垂直排列程度与MoS2薄膜的光电探测性能直接关联起来。

”研究人员总结道：“这是一个重要的突破，将有助于更好地理解'3D'MoS2中的量子限制现象，并改进基于'2D'材料的新型光电器件的设计，如MoS2或WS2。”