Bề mặt phân cách giữa các tinh thể thu hút sự quan tâm nghiên cứu rất nhiều của giới khoa học chất rắn vì nó ảnh hưởng rất lớn tới tính chất cơ, quang, điện của vật liệu.
MoS2 (molybdenum disulphide) là một loại vật liệu cấu tạo dạng lớp, và có ngoại hình khá tương tự graphite. Nhờ có đặc tính ma sát thấp và bền, MoS2 thường được sử dụng như là chất bôi trơn thể rắn (bụi bôi trơn), có khả năng bôi trơn ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với các chất bôi trơn thể lỏng. MoS2 được dùng nhiều trong công nghiệp vũ trụ, bôi trơn trong môi trường chân không hoặc bôi trơn các khớp truyền động, vòng bi, thắng xe…
Dù cũng có cấu trúc 1 lớp 1 nguyên tử như graphene, nhưng MoS2 mang rất nhiều tích chất khác mà graphene (một dạng thù hình khác của graphite với nhiều đặc tính ưu việt về độ bền) không có, ví dụ như tính chất bán dẫn. Vì thế nghiên cứu cấu trúc đường biên giữa các hạt tinh thể MoS2 sẽ cung cấp rất nhiều thông tin quý giá về tính chất của loại vật liệu này.
Đăng cùng thời gian trên Natural Materials, hai nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Đại Học Columbia và Đại Học Rice, Mỹ đã lần đầu tiên miêu tả cấu trúc của đường biên giữa các hạt tinh thể MoS2, đồng thời đưa ra dự đoán về ảnh hưởng của cấu trúc này đến các tính chất vật lý của vật liệu.
Thông thường tinh thể MoS2 cấu tạo dạng vòng 6 cạnh với các góc là các nguyên tử Mo và 2 nguyên tử S2 luân phiên nhau (hình minh họa). Hai nhóm nghiên cứu quan sát tinh thể MoS2 bằng máy hiển vi điện tử truyền qua với độ phân giải cao ở mức độ Angstrom, đã cho thấy đường biên của tinh thể được cấu tạo từ các vòng 5 cạnh và 7 cạnh (nhóm ở Rice [1]) hoặc 4 cạnh và 8 cạnh liền kề nhau (nhóm ở Columbia [2]).
Theo nhóm nghiên cứu của D. A. Muller & J. C. Hone (Đại Học Colombia), thì các tinh thể có xu hướng liên kết với nhau tạo thành đường biên nghiêng sắc cạnh và đối xứng. Trong khi đường biên nghiêng có xu hướng làm giảm tính phát quang thì đường biên đối xứng lại làm gia tăng tính chất này. Ngược lại, các đường biên đối xứng lại làm tăng tính dẫn điện, còn đường biên nghiêng lại làm giảm tính chất đó một chút.
Những phát hiện này càng làm tăng thêm tiềm năng ứng dụng của MoS2 trong lĩnh vực điện tử học cấp độ nano, cạnh tranh với vật liệu Graphene.
Tác giả: Trương Quang Đức, Tohoku University, Japan
Link công bố:
