Учёные из Университета Вены и Венского технического университета внедрили отдельные атомы платины в ультратонкий монослой дисульфида молибдена (MoS₂) и впервые точно определили их положение в решётке с атомной точностью.
Исследование, [опубликованное](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00919) в журнале Nano Letters, достигло этого результата с помощью инновационного подхода, который включает целенаправленное создание дефектов в монослое MoS₂, контролируемое нанесение платины и метод компьютерной микроскопической визуализации с высоким контрастом — Ptychography.
Исследователи считают, что эта новая стратегия сверхточного легирования и картирования открывает новые пути для понимания и проектирования свойств двумерных систем на атомном уровне.
Двумерный монослой MoS₂, полупроводник с прямой запрещённой зоной, благодаря большому отношению поверхности к объёму, привлекает особое внимание и широко изучается в качестве активного компонента в катализаторах и газовых датчиках нового поколения. Однако его потенциал ограничен химической инертностью плоской поверхности, что значительно ограничивает каталитическую активность.
Стратегии проектирования материалов, такие как замещающее легирование (когда один гетероатом заменяет один или несколько атомов решётки), могут быть простым и эффективным методом преодоления этой проблемы. Эта техника создаёт на поверхности материала активные центры, которые действуют как крошечные химические реакторы, где реагенты объединяются, или молекулы газа могут стыковаться в заранее определённых местах.
Было продемонстрировано замещение на сайтах серы (S) в MoS₂ более чем половиной элементов периодической таблицы, но подтверждение на атомном уровне того, где и как происходят замены, остаётся ограниченным.
Хотя теоретические прогнозы убедительно подтверждают, что замещение платиной (Pt) может создать каталитически активные центры и повысить чувствительность, экспериментальное исследование легированного платиной MoS₂ было минимальным.
Исследователи начали трёхэтапный процесс для внедрения и картирования Pt на поверхности двумерного MoS₂ с помощью проектирования дефектов. Они облучили поверхность материала потоком низкоэнергетических ионов гелия для создания контролируемых микроскопических дефектов в виде атомных вакансий, которые должны были занять атомы Pt.
На втором этапе атомы Pt были испарены на образцы, заполнив созданные вакансии. Затем было определено точное местоположение легирования. Поскольку обычные микроскопические методы часто не позволяют различить разные типы дефектов, исследователи выбрали однополосную Ptychography (SSB) — метод визуализации с высоким разрешением и высоким контрастом, основанный на дифракции электронов.
Используя SSB, исследователи смогли точно определить как легирующие примеси, так и загрязнители, такие как углерод. Результаты показали, что атомы Pt преимущественно занимают места вакансий серы, причём более 80% внедрённых атомов находятся в дефектах V₁S, в то время как остальные атомы оседают в местах V₂s (12%) и VMo (8%). После внедрения в MoS₂ атомы Pt демонстрируют высокую стабильность даже при комнатной температуре.
Исследование успешно продемонстрировало возможность проектирования материалов на атомном уровне, открывая новые возможности для создания функциональных материалов.
Статья написана нашим автором [Sanjukta Mondal](https://sciencex.com/help/editorial-team/#authors), отредактирована [Sadie Harley](https://sciencex.com/help/editorial-team/), проверена и рассмотрена [Robert Egan](https://sciencex.com/help/editorial-team/). Эта статья — результат тщательной работы людей. Мы полагаемся на таких читателей, как вы, чтобы поддерживать независимую научную журналистику. Если вам важна такая журналистика, пожалуйста, рассмотрите возможность [пожертвования](https://sciencex.com/donate/?utmsource=story&utmmedium=story&utm_campaign=story) (особенно ежемесячного). Вы получите безрекламный аккаунт в благодарность.
© 2025 Science X Network