Výskumníci z ElÚ SAV v spolupráci s Fyzikálnym ústavom SAV, Centrom pre pokročilé materiálové aplikácie SAV (CEMEA) a synchrotrónovým pracoviskom Elettra v Terste objasnili, ako vznikajú ultratenké vrstvy diselenidu platiny (PtSe2). In situ merania röntgenovým rozptylom umožnili priamo sledovať kryštalizáciu materiálu a určiť kľúčové parametre jeho rastu.
Dvojrozmerné materiály patria medzi perspektívne platformy pre budúcu elektroniku, optoelektroniku aj senzory. Ich vlastnosti sa môžu výrazne meniť už pri zmene hrúbky o niekoľko atómových vrstiev. Jedným z takýchto materiálov je diselenid platiny, PtSe2, ktorý môže mať pri veľmi malých hrúbkach polovodičový charakter, zatiaľ čo vo väčšej hrúbke sa správa ako polokov.
Pre praktické využitie PtSe2 je dôležité vedieť pripraviť kvalitné a veľkoplošné vrstvy a zároveň porozumieť procesom, ktoré prebiehajú počas ich rastu. Výskumný tím preto sledoval vznik PtSe2 priamo počas tepelnej premeny platinovej vrstvy v prostredí selénových pár. Východisková platinová vrstva sa pri zahrievaní mení na vrstvený materiál PtSe2, pričom tento proces je monitorovaný v reálnom čase pomocou röntgenového rozptylu pri malom uhle dopadu, známeho ako GIWAXS.
Experimenty na synchrotrónovom zdroji Elettra v Terste ukázali, že kryštalická fáza PtSe2 začína vznikať približne pri 400 °C. Vedci zároveň pozorovali, že materiál rastie s vrstvami uloženými rovnobežne s povrchom substrátu, bez zistiteľnej prítomnosti metastabilných prechodových fáz.
Na opis kinetiky kryštalizácie bol použitý Avramiho model. Analýza umožnila určiť efektívnu aktivačnú energiu kryštalizácie PtSe2 na hodnotu 93 ± 11 kJ/mol. Táto hodnota charakterizuje energetickú bariéru, ktorú musí systém prekonať pri vzniku kryštalickej fázy počas tepelnej premeny.
Merania tiež odhalili, že po vzniku kryštalického PtSe2 pokračujú ďalšie štrukturálne zmeny. So zvyšujúcou sa teplotou sa zmenšuje vzdialenosť medzi jednotlivými vrstvami materiálu a zároveň sa menia parametre kryštálovej mriežky. Tieto procesy súvisia s uvoľňovaním napätia, zlepšovaním kryštalinity a postupným prispôsobovaním sa vrstvy podložke.
Výsledky prinášajú podrobnejšie pochopenie rastu PtSe2 pripraveného termickou asistovanou konverziou. Kombinácia merania v reálnom čase a kinetického modelovania môže pomôcť optimalizovať prípravu ďalších dvojrozmerných materiálov a podporiť ich integráciu do elektronických, optoelektronických a senzorových súčiastok.
Autori: Jana Hrdá, Karol Vegso, Ashin Shaji, Peter Nádaždy, Timea Ema Krajčovičová, Lenka Pribusová Slušná, Sigrid Bernstorff, Matej Jergel, Peter Siffalovic, Martin Hulman
Odkaz: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2632-959X/ae72aa