Controle da transição de fase cristalina de dissulfeto de molibdênio (MoS2) com feixe de íons

Abstract

Recentemente, os dicalcogenetos de metais de transição, ou simplesmente TMDs, têm atraído grande atenção devido às suas vastas aplicações tecnológicas. Entre esses materiais, o dissulfeto de molibdênio (MoS2), um material bidimensional com propriedades eletrônicas e ópticas interessantes, destaca-se. No entanto, suas propriedades são significativamente influenciadas tanto pelo número de camadas formadas quanto por sua estrutura cristalina, que pode se apresentar em duas principais formas: 2H e 1T. A forma cristalina 2H é a mais comum e estável do MoS2, sendo um semicondutor de gap direto frequentemente estudado para uso em dispositivos eletrônicos. A forma cristalina 1T do MoS2 apresenta propriedades metálicas com alta condutividade elétrica. Devido a essas mudanças significativas em suas propriedades, nota-se a importância de um estudo sobre o controle da transição de fase desses materiais. Considerando todos esses aspectos, o presente trabalho investigou a transição de fase cristalina do MoS2 induzida pela técnica de bombardeio iônico via canhão de gás inerte, para à promoção da transformação da estrutura cristalina. As amostras de MoS2 foram sintetizadas via processo de crescimento homogêneo pelo método de fusão de uma solução de precursor metálico Na2MoO4.2H2O sobre substrato SiO2/Si com posterior sulfurização da amostra. As amostras foram então analisadas por Microscopia Óptica, Espectroscopia de Fotoelétrons por Raios X (XPS), Espectrometria de Retroespalhamento de Rutherford (RBS), espectroscopia Raman e Fotoluminescência (PL). Os resultados obtidos mostraram efetividade das irradiações com hélio com a metodologia utilizada para transição da fase cristalina 2H para 1T, e que a transição induzida por 5 keV ocorre de maneira mais rápida, enquanto 1 keV resulta em uma transição mais gradual porém menos danosa a superfície da amostra.

Recently, transition metal dichalcogenides, or simply TMDs, have attracted significant attention due to their broad technological applications. Among these materials, molybdenum disulfide (MoS2), a two-dimensional material with interesting electronic and optical properties, stands out. However, its properties are significantly influenced by both the number of layers formed and its crystalline structure, which can exist in two main forms: 2H and 1T. The 2H crystalline form is the most common and stable form of MoS2, being a direct bandgap semiconductor frequently studied for use in electronic devices. The 1T crystalline form of MoS2 presents metallic properties with high electrical conductivity. Due to these significant changes in its properties, the importance of a study on the control of the phase transition of these materials is noted. Considering all these aspects, the present work investigated the crystalline phase transition of MoS2 induced by the technique of ionic bombardment via inert gas gun, aiming to promote the transformation of the crystalline structure. MoS2 samples were synthesized through a homogeneous growth process using the fusion of a solution of the metallic precursor Na2MoO4.2H2O on a SiO2/Si substrate, followed by sulfurization of the sample. The samples were then analyzed using Optical Microscopy, X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Raman spectroscopy, and Photoluminescence (PL). The results obtained demonstrated the effectiveness of helium irradiation with the methodology used for the transition from the 2H to 1T crystalline phase. The induced transition at 5 keV occurred more rapidly, while 1 keV resulted in a more gradual transition, albeit less damaging to the sample surface.