Ученые вырастили бездефектные однослойные полупроводники для квантового транспорта

Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS), Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) и других институтов представили новый метод выращивания однослойного дисульфида молибдена (MoS₂) с минимальным количеством дефектов. Этот подход, описанный в журнале Nature Electronics, позволяет создавать крупные однородные кристаллы, демонстрирующие когерентный квантовый транспорт.

Схема роста на сапфировых подложках с разными углами наклона. Автор: Nature Electronics (2025).

Двумерные полупроводники, такие как однослойный MoS₂, перспективны для создания тонкой и эффективной электроники. Однако для массового производства необходимо научиться выращивать их на больших площадях без дефектов, которые ухудшают свойства материала.

Кристаллическая текстура без дислокаций и точечных дефектов. Автор: Nature Electronics (2025).

Новая стратегия основана на контролируемой эпитаксии на наклонных (вицинальных) сапфировых подложках. Управляя процессом слияния (коалесценции) отдельных кристаллических зерен, ученые смогли свести к минимуму образование дефектов.

Полученные однослойные каналы из MoS₂ показали когерентный транспорт носителей заряда, включая слабую локализацию и начало квантового эффекта Холла при низких температурах. Подвижность носителей достигла 1200 см²·В⁻¹·с⁻¹.

На основе этого материала были созданы массивы полевых транзисторов (FET). При комнатной температуре они продемонстрировали среднюю подвижность около 100 см²·В⁻¹·с⁻¹ и отличный минимальный субпороговый размах около 65 мВ/дек.

Эта работа открывает путь к надежному крупномасштабному производству низкопотребляющей и высокоплотной электроники на основе двумерных полупроводников.

Больше информации: Gunho Moon et al, Single-crystalline monolayer semiconductors with coherent quantum transport by vicinal van der Waals epitaxy, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01496-x