肘掛け椅子の縁を持つ二硫化モリブデンナノリボンの機械的特性を探求する研究

ナノリボンのエッジの特性は、電子デバイス、センサー、および触媒に適用するために重要です。 日本と中国の科学者グループは、フィールド透過型電子顕微鏡を使用して、アームチェアの縁を持つ単層二硫化モリブデンナノリボンの機械的反応を研究しました。

彼らは、ナノリボンヤング率が3nm以下の幅に反比例し、アームチェアの縁の結合剛性がより高いことを示した。 彼らの仕事、 ジャーナルに掲載 先端科学JAISTのKenta Hongo副教授とRyo Maezono教授、中国鄭州大学のChunmeng LiuインストラクターとJiaqi Zhangインストラクターが共同執筆した。

センサーは、爆発物の検出、グルコースまたはコルチゾールの生理学的スパイク測定、非侵襲的測定、大気中の温室効果ガスレベルの推定に至るまで、さまざまな用途を通じて現代社会で広く使用されています。

センサーに必要な主な技術は機械的共振器です。 従来、石英水晶は、高い剛性と容易な可用性のため、この目的のために使用されてきた。 しかし、この技術は最近高度なナノ材料に置き換えられています。 そのような有望な材料の一つは、単壁二硫化モリブデン（MoS₂）ナノリボン。

ナノリボンの縁の物理的、化学的特性を特徴付けることは、電子デバイス、センサ、および触媒に適用するために重要です。 しかし、MoSの機械的反応₂ エッジ構造に依存すると予想されるナノリボンはまだ研究されていないままで、薄い共振器での実際の実装を妨げています。

このような背景から、日本科学技術院（JAIST）の大島吉文（Yoshifumi Oshima）教授が率いる日本と中国の科学者グループは、単層MoSの機械的特性、すなわちヤング率（Young’s modulus）を調査しました。₂ マイクロメカニカル測定法を用いた幅に応じたアームチェアエッジのナノリボン

大島教授は、「現場伝送電子に石英ベースの長さ拡張共振器（LER）を組み込んで、原子規模材料の原子配列と機械的強度との関係を明確にする世界初の微細機械測定方法を開発しました。顕微鏡（TEM） ）ホルダー。

石英共振器の共振周波数は物質との接触を感知すると変化するため、この共振周波数の変化に応じて物質の等価ばね定数を高精度に推定することができます。 また、測定に必要なLER振動振幅は27pm程度と小さいため、高解像度TEM画像を取り込むことが可能です。 その結果、研究者が開発した新しい方法は、既存の技術の欠点を克服し、高精度な測定を達成しました。

研究者は初めて単層MoSを合成した。₂ MoSの折り畳まれた端の最も外側の層を剥がしたナノリボン₂ タングステンチップを用いた多層。 単層ナノリボンは、多層と先端の間に支持されています。

このMoSのTEM画像₂ ナノリボンは、縁が肘掛け椅子構造を有することを明らかにした。 講師のChunmeng Liuは、「ナノリボンの幅と長さも画像で測定され、対応する等価スプリング定数はLERの周波数シフトで決定され、このナノリボンのヤング率を得ました」と述べた。

研究者は、単層MoS2のヤング率₂ アームチェアの端を持つナノリボンは幅によって異なります。 より広いリボンの場合、約166GPaに一定に保たれたが、幅が3nm未満のリボンの幅と反比例関係を示し、ナノリボン幅が2.4nmから1.1nmに減少するにつれて、179GPaから215GPaに増加した。 研究者らは、これが内部の結合剛性に比べてエッジの結合剛性が高いためと考えた。

研究者が観察を説明するために行った密度関数理論の計算によれば、Mo原子がアームチェアの縁から反り、両側のS原子に電子が伝達されることがわかった。 これにより、２つの原子間のクーロン引力が増加し、エッジ強度が向上する。

この研究は、MoSの機械的特性に関する重要な情報を提供します。₂ ナノスケールの超薄型機械共振器設計を容易にできるナノリボン。

「これらの共振器に基づくナノセンサーはスマートフォンと時計に統合することができ、人々は自分の環境を監視することができるだけでなく、数値の形で味覚と嗅覚を伝えることができます」とJiaqi Zhang講師は結論作りました。