ナノテクノロジー：エネルギー変換とピエゾトロニクスに使う単原子層MoS₂の圧電性

ナノワイヤー、薄膜、バルク結晶の圧電特性は、センサー、変換器、エネルギー変換、エレクトロニクスへの応用が可能なため詳しく調べられている。それらは、結晶度が高く巨大なひずみに耐えられるため、二次元材料は高性能の圧電材料として非常に興味深い。単層MoS₂は、強い圧電性を示すと予測され、この圧電性は、バルクでは隣接原子層が逆向きとなっているために消失する。本論文では、二次元MoS₂の圧電特性に関する初めての実験研究を報告し、奇数原子層のMoS₂薄片を、周期的に引き伸ばし解放すると、振動する圧電電圧と圧電電流の出力が発生するが、偶数層の薄片では出力は観測されないことを示している。0.53％ひずんだ単一の単層薄片は、15 mVと20 pAのピーク出力を発生した。これは2 mW m⁻²の電力密度と5.08％の機械–電気エネルギー変換効率に相当する。この出力は、厚みが薄くなるにつれて増大し、ひずみの方向を90°回転させると符号が反転しており、これは理論予測と一致している。輸送測定の結果は、強い圧電効果が単層MoS₂に存在するが、二層やバルクのMoS₂には存在しないことを示している。二次元ナノ材料における圧電特性と半導体特性との結合によって、ナノデバイス、適応バイオプローブ、調整可能で伸縮自在のエレクトロニクスやオプトエレクトロニクスに電力供給する分野での応用の開発が可能になるであろう。

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