導語：通過阻礙，氟原子有助於二維材料從半導體轉變為金屬，其方式可能對電子和其他應用非常有用。由Rice 材料科學家Pulickel Ajayan和主要作者Sruthi Radhakrishnan 領導的一項研究詳細介紹了一種將二硫化鎢從半導體轉變為金屬態的新方法。其他實驗室通過在材料中添加元素實現了轉變，這一過程稱為興奮劑。但這種變化前所未有的穩定。
萊斯的測試和計算顯示，新狀態下的氟化二硫化鎢鎖定具有獨特的光學和磁學特性。研究人員還注意到轉變對材料摩擦學性能的影響 - 摩擦，潤滑和磨損的衡量標準。簡而言之，添加氟會使材料在室溫下更加光滑。實驗室的工作在Advanced Materials中有詳細介紹。
二硫化鎢是過渡金屬二硫化物（TMD），一種原子厚度的半導體。與石墨烯（碳原子的平面晶格）不同，TMD包含兩種元素，一種是過渡金屬原子（在這種情況下是鎢），另一種是（硫）一種硫屬元素。材料不是嚴格平坦的; 過渡金屬層夾在硫屬元素之間，形成三層晶格。TMD是其他二維材料的潛在構建模塊，用於儲能，電催化和潤滑，所有這些都受到現在穩定的相變的影響。
由於氟原子比鎢和硫層之間的0.6納米空間小得多，研究人員表示，侵入原子在兩者之間起作用，破壞了材料的有序晶格。氟允許硫平面以這種方式滑動，並且由此產生的氟和硫之間的電子交換也解釋了獨特的性質。「這當然是一個很大的驚喜。當我們開始這項工作時，相變是我們期望看到的最後一件事。」 Radhakrishnan說，他是Ajayan實驗室的前研究生，現在是位於俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾公司的模塊工程師。
「真正令人驚訝的是，氟化二硫化鎢的摩擦特性與以前研究過的氟化石墨烯完全不同，」共同作者，多倫多大學機械工程副教授Tobin Filleter說。「這是研究類似二維材料以探索這種有趣行為的動機。」研究人員表示，氟似乎不僅會降低帶隙並使材料更具導電性，還會導致缺陷，沿著材料表面形成金屬「島」，同時也顯示出順磁性和鐵磁性。「這些金屬二硫化鎢區域是磁性的，它們相互幹擾，產生有趣的磁性，」Radhakrishnan說。
此外，因為氟原子是電負性的，所以它們也被懷疑改變相鄰原子的電子密度。這改變了材料的光學特性，使其成為傳感和催化應用的候選材料。Radhakrishnan建議這些材料在其金屬相中也可用作超級電容器和其他能量存儲應用的電極。
總結：Radhakrishnan說，不同濃度的氟會改變金屬相變化的比例，但實驗室研究的三種濃度變化都保持穩定。「 相變，通過氟的功能化及其磁性和摩擦學變化的性質變化是非常令人興奮的，」Ajayan說。「這可以擴展到其他2-D分層材料，我相信它會開闢一些迷人的應用程式。」