Engineering Polymorphism in Two-Dimensional Hybrid System

Abstract

Transition metal dichalcogenide, a two-dimensional material, has polymorphism. Even if they have the same formula, the crystal structure is different, and physical properties such as semiconducting and metallic properties are different. It can be used in various fields such as energy storage, devices, and sensors through the polymorphism control of TMD. Recently, research on amorphous materials has been actively conducted, and unlike crystalline, due to their irregular crystal structure and vacancies, unique physical properties appear. Among them, two-dimensional amorphous materials are expected to be used in catalysts, next-generation lithium-ion batteries, and memory devices. In order to utilize them in this way, it is important to control them, and in this study, semiconducting Mo0.92W0.08Te2, a TMD series material, induces phase transition to an amorphous phase. Existing studies require control from the material synthesis stage to make an amorphous material or a high temperature of hundreds of degrees Celsius. However, this study does not control it in the material synthesis stage and induces phase transitions in local areas by a simple method called laser irradiation. It is expected that the local site phase transition process within this nanometer unit can be used in various fields such as catalysts and devices. Recently, research on two-dimensional materials composed of a single element such as graphene has been actively conducted. Tellurene is the two-dimensional structure of tellurium elements and is attracting a lot of attention due to its unique properties. One of the methods of controlling the polymorphism of two-dimensional materials is to control it at the synthesis stage. This study used hydrothermal synthesis to control the polymorphism of telluride, and polyvinyl pyrrolidone (PVP) was used as a binder to control morphology. And unlike previous studies, there is an advantage that both semiconducting MoTe2 and metallic tellurene can be obtained through the one-pot hydrothermal synthesis process. Simultaneous synthesis of semiconducting and metallic materials through such polymorphism control is expected to be widely used in the energy storage field.;전이금속 다이칼코게나이드의 다형성 제어는 에너지 저장, 소자, 센서 등 다양한 분야에서 적용될 수 있다. 이 논문은 다형성을 제어하기 위한 두 가지의 방법을 제시하고 있다. 첫번째는 레이저 조사를 이용한 방법이다. 구멍이 있는 실리콘 나이트라이드(SiN) 기판위에 상전이 임계점에 있는 반도체성 몰리브데넘 텅스텐 텔루라이드(Mo0.92W0.08Te2)를 올리고 레이저 조사를 하면 구멍이 열을 가두게 되고, 시료에 순간적으로 엄청난 열이 가해지게 된다. 이로 인해 몰리브데넘(Mo)과 텔루륨(Te) 원소 위주로 결정구조가 깨지게 되어 텅스텐(W)의 함량이 상대적으로 많은 비정질 Mo-W-Te 합금이 된다. 이러한 국소부위에서의 결정질-비정질 상전이 유도 공정은 차세대 상변화 메모리(PRAM) 등에 활용될 수 있을 것이라 기대한다. 두번째는 합성 과정에서 고분자인 폴리비닐피롤리돈(PVP)를 첨가하는 것이다. 폴리비닐피롤리돈은 수열 합성 과정에서 용액 내에 분말의 분산을 용이하게 하여 결정구조의 변화를 유도한다. 이렇게 합성을 한 후에는 반도체성인 몰리브데넘 다이텔루라이드(MoTe2)와 금속성인 2차원 텔루륨인 텔루린(Tellurene)을 동시에 얻을 수 있게 된다. 한 번의 공정으로 다른 물성을 갖는 두 가지 물질을 합성하는 이 연구는 촉매에 활용하여 다양한 물성에 따른 성능 향상에 기여할 수 있을 것이라 기대한다.