Ферромагнитные свойства нанослойных плёнок дисульфида молибдена

 


Группа учёных из Сингапура провела обширное исследование свойств нанослойных плёнок дисульфида молибдена, связанное как с теоретическим моделированием, так и с экспериментальными исследованиями.

Как известно, объёмный дисульфид молибдена является диамагнитными материалом. Однако нанослойные плёнки MoS2 демонстрируют слабые ферромагнитные свойства. В зависимости от процесса роста, плёнки можно получить либо с "краевым" обрывом (edge-termination), либо с обрывом по базовой плоскости (basal-planetermination). Атомы, расположенные на "краевом" обрыве, важны с точки зрения практического применения материалов, так как именно они определяют уникальные магнитные и электрические свойства, отличные от свойств объёмного тела, а также играют огромную роль в каталитической реакции дегидросульфирования.

На поверхности образовавшейся грани существует неравномерное распределение спинов, зависящее от взаимного расположения атомов серы и молибдена, а так же от размера такого (Mo)n(S)2n нанокластера. Неравномерное распределение спинов и обуславливает ферромагнитные свойства нанослоёных плёнок дисульфида молибдена. Проведя теоретические расчеты, учёные показали, что максимальный магнитный момент достигается для кластера треугольной формы MonS2n при n=8 и составляет 13,99 μB. При этом край кластера состоит только из атомов серы, стабилизирующих данную структуру.

Учёные получили плёнки MoS2 термовакуумным испарением тетракис(диэтиламинодитиокарбамата)молибдата (IV). Подложками, на которых происходило разложение прекурсора, являлись Si(100) и танталовая фольга. Магнитный гистерезис и изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, свидетельствуют о том, что при утолщении плёнки ферромагнитные свойства стремительно падают.

Для полупроводников типа Co1-xFexS2 и CoS2 температуры Кюри равны, соответственно, 150 и 121K. На полупроводниковые свойства нанослоёв MoS2 указывает отрицательный тангенс угла наклона графика. Эффект магнитного сопротивления может возникать из-за того, что на гранях треугольников спины имеют иную поляризованность, чем в объёмном теле.



В заключении стоит отметить, что эффект слабого ферромагнетизма удаётся обнаружить только для нанослойных плёнок. При увеличении их размерных параметров эти свойства резко исчезают и практически нивелируются для частиц размером в единицы микрон. Учёные надеются, что аналогичные результаты можно получить для оксидов и сульфидов других металлов.

Источник: Nano Letters