This study presents a rapid synthesis method using carbon fibers, converting ammonium tetrathiomolybdate to molybdenum disulfide films with controllable thickness (1–5 nm) and smooth surface (200 pm on average) in tens of seconds. Electronic devices based on these multilayers exhibit promising performance: memristors operate at an average of 1.5 V; field-effect transistors display electron mobility ranging from 0.1 to 0.4 cm2/V·s with a 103 on/off ratio. The electrical performance can be enhanced by optimizing annealing recipes. This scalable, time-efficient method holds the potential for large-scale production of multilayer two-dimensional semiconductors for electronics.

1.
H.
Ning
,
Z.
Yu
,
Q.
Zhang
,
H.
Wen
,
B.
Gao
,
Y.
Mao
,
Y.
Li
,
Y.
Zhou
,
Y.
Zhou
,
J.
Chen
,
L.
Liu
,
W.
Wang
,
T.
Li
,
Y.
Li
,
W.
Meng
,
W.
Li
,
Y.
Li
,
H.
Qiu
,
Y.
Shi
,
Y.
Chai
,
H.
Wu
, and
X.
Wang
,
Nat. Nanotechnol.
18
,
493
(
2023
).
2.
J.
Jiang
,
L.
Xu
,
C.
Qiu
, and
L. M.
Peng
,
Nature
616
(
7957
),
470
475
(
2023
).
3.
S. M.
Hus
,
R.
Ge
,
P. A.
Chen
,
L.
Liang
,
G. E.
Donnelly
,
W.
Ko
,
F.
Huang
,
M. H.
Chiang
,
A. P.
Li
, and
D.
Akinwande
,
Nat. Nanotechnol.
16
(
1
),
58
(
2021
).
4.
S. B.
Desai
,
S. R.
Madhvapathy
,
A. B.
Sachid
,
J. P.
Llinas
,
Q. X.
Wang
,
G. H.
Ahn
,
G.
Pitner
,
M. J.
Kim
,
J.
Bokor
,
C. M.
Hu
,
H. S. P.
Wong
, and
A.
Javey
,
Science
354
(
6308
),
99
(
2016
).
5.
K. S.
Novoselov
,
A.
Mishchenko
,
A.
Carvalho
, and
A. H.
Castro Neto
,
Science
353
(
6298
),
aac9439
(
2016
).
6.
Y.
Shen
,
W.
Zheng
,
K.
Zhu
,
Y.
Xiao
,
C.
Wen
,
Y.
Liu
,
X.
Jing
, and
M.
Lanza
,
Adv. Mater.
33
(
41
),
2103656
(
2021
).
7.
T.
Agarwal
,
D.
Yakimets
,
P.
Raghavan
,
I.
Radu
,
A.
Thean
,
M.
Heyns
, and
W.
Dehaene
,
IEEE Trans. Electron. Dev.
62
(
12
),
4051
(
2015
).
8.
L.
Liu
,
T.
Li
,
L.
Ma
,
W.
Li
,
S.
Gao
,
W.
Sun
,
R.
Dong
,
X.
Zou
,
D.
Fan
,
L.
Shao
,
C.
Gu
,
N.
Dai
,
Z.
Yu
,
X.
Chen
,
X.
Tu
,
Y.
Nie
,
P.
Wang
,
J.
Wang
,
Y.
Shi
, and
X.
Wang
,
Nature
605
(
7908
),
69
(
2022
).
9.
X.
Cai
,
Y.
Luo
,
B.
Liu
, and
H. M.
Cheng
,
Chem. Soc. Rev.
47
(
16
),
6224
(
2018
).
10.
Q.
Wang
,
J.
Tang
,
X.
Li
,
J.
Tian
,
J.
Liang
,
N.
Li
,
D. J. L.
Xian
,
Y.
Guo
,
L.
Li
,
Q.
Zhang
,
Y.
Chu
,
Z.
Wei
,
Y.
Zhao
,
L.
Du
,
H.
Yu
,
X.
Bai
,
L.
Gu
,
K.
Liu
,
W.
Yang
,
R.
Yang
,
D.
Shi
, and
G.
Zhang
,
Natl. Sci. Rev.
9
(
6
),
nwac077
(
2022
).
11.
M.
Farmanbar
and
G.
Brocks
,
Phys. Rev. B
93
(
8
),
085304
(
2016
).
12.
H.
Ye
,
J. D.
Zhou
,
D. Q.
Er
,
C. C.
Price
,
Z. Y.
Yu
,
Y. M.
Liu
,
J.
Lowengrub
,
J.
Lou
,
Z.
Liu
, and
V. B.
Shenoy
,
ACS Nano
11
(
12
),
12780
(
2017
).
13.
D.
Kong
,
H.
Wang
,
J. J.
Cha
,
M.
Pasta
,
K. J.
Koski
,
J.
Yao
, and
Y.
Cui
,
Nano Lett.
13
(
3
),
1341
(
2013
).
14.
Y.
Gu
,
M. I.
Serna
,
S.
Mohan
,
A.
Londoño‐Calderon
,
T.
Ahmed
,
Y.
Huang
,
J.
Lee
,
S.
Walia
,
M. T.
Pettes
,
K. M.
Liechti
, and
D.
Akinwande
,
Adv. Electron. Mater.
8
(
2
),
2100515
(
2021
).
15.
B.
Tang
,
H.
Veluri
,
Y.
Li
,
Z. G.
Yu
,
M.
Waqar
,
J. F.
Leong
,
M.
Sivan
,
E.
Zamburg
,
Y. W.
Zhang
,
J.
Wang
, and
A. V.
Thean
,
Nat. Commun.
13
(
1
),
3037
(
2022
).
16.
S.
Ippolito
,
A. G.
Kelly
,
R.
Furlan de Oliveira
,
M. A.
Stoeckel
,
D.
Iglesias
,
A.
Roy
,
C.
Downing
,
Z.
Bian
,
L.
Lombardi
,
Y. A.
Samad
,
V.
Nicolosi
,
A. C.
Ferrari
,
J. N.
Coleman
, and
P.
Samori
,
Nat. Nanotechnol.
16
(
5
),
592
(
2021
).
17.
K. K.
Liu
,
W.
Zhang
,
Y. H.
Lee
,
Y. C.
Lin
,
M. T.
Chang
,
C. Y.
Su
,
C. S.
Chang
,
H.
Li
,
Y.
Shi
,
H.
Zhang
,
C. S.
Lai
, and
L. J.
Li
,
Nano Lett.
12
(
3
),
1538
(
2012
).
18.
P. P.
Zhuang
,
H.
Yan
,
B.
Li
,
C.
Dou
,
T.
Ye
,
C. J.
Zhou
,
H. L.
Zhu
,
B.
Tian
,
Y. S.
Chen
,
D.
Lin
,
W. W.
Cai
,
D. Q.
Yu
,
J.
Liu
, and
W. Y.
Lin
,
Mater. Today Nano
23
,
100353
(
2023
).
19.
B.
Li
,
T.
Ye
,
H.
Yan
,
Y.
Zhu
,
L.
Bao
,
M.
Li
,
Q.
Cheng
,
P.
Zhuang
,
W.
Lin
, and
D.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
123
(
21
),
211603
(
2023
).
20.
D.
Chen
,
D.
Tao
,
X.
Ren
,
F.
Wen
,
T.
Li
,
Z.
Chen
,
Y.
Cao
, and
F.
Xu
,
ACS Nano
16
(
12
),
20510
(
2022
).
21.
V. O.
Koroteev
,
S. G.
Stolyarova
,
A. A.
Kotsun
,
E.
Modin
,
A. A.
Makarova
,
Y.
Shubin
,
P. E.
Plyusnin
,
A. V.
Okotrub
, and
L. G.
Bulusheva
,
Carbon
173
,
194
(
2021
).
22.
S. G.
Stolyarova
,
A. A.
Kotsun
,
Y. V.
Shubin
,
V. O.
Koroteev
,
P. E.
Plyusnin
,
Y. L.
Mikhlin
,
M. S.
Mel'gunov
,
A. V.
Okotrub
, and
L. G.
Bulusheva
,
ACS Appl. Energy Mater.
3
(
11
),
10802
(
2020
).
23.
S.
Park
,
A.
Lee
,
K. H.
Choi
,
S. K.
Hyeong
,
S.
Bae
,
J. M.
Hong
,
T. W.
Kim
,
B. H.
Hong
, and
S. K.
Lee
,
ACS Nano
14
(
7
),
8485
(
2020
).
24.
Y.
Sun
,
F.
Alimohammadi
,
D.
Zhang
, and
G.
Guo
,
Nano Lett.
17
(
3
),
1963
(
2017
).
25.
D.-H.
Nam
,
H.-Y.
Kang
,
J.-H.
Jo
,
B. K.
Kim
,
S.
Na
,
U.
Sim
,
I.-K.
Ahn
,
K.-W.
Yi
,
K. T.
Nam
, and
Y.-C.
Joo
,
Adv. Mater.
29
(
12
),
1605327
(
2017
).
26.
W.
Gu
,
Y.
Yan
,
C.
Zhang
,
C.
Ding
, and
Y.
Xian
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
(
18
),
11272
(
2016
).
27.
H.
Zhu
,
J.
Zhang
,
R.
Yanzhang
,
M.
Du
,
Q.
Wang
,
G.
Gao
,
J.
Wu
,
G.
Wu
,
M.
Zhang
,
B.
Liu
,
J.
Yao
, and
X.
Zhang
,
Adv. Mater.
27
(
32
),
4752
(
2015
).
28.
H. W.
Wang
,
P.
Skeldon
,
G. E.
Thompson
, and
G. C.
Wood
,
J. Mater. Sci.
32
(
2
),
497
(
1997
).
29.
L.
Sygellou
,
Appl. Surf. Sci.
476
,
1079
(
2019
).
30.
S. J.
Hibble
and
G. B.
Wood
,
J. Am. Chem. Soc.
126
(
3
),
959
(
2004
).
31.
J.
Robertson
,
D.
Blomdahl
,
K.
Islam
,
T.
Ismael
,
M.
Woody
,
J.
Failla
,
M.
Johnson
,
X.
Zhang
, and
M.
Escarra
,
Appl. Phys. Lett.
114
(
16
),
163102
(
2019
).
32.
L.
Fei
,
S.
Lei
,
W. B.
Zhang
,
W.
Lu
,
Z.
Lin
,
C. H.
Lam
,
Y.
Chai
, and
Y.
Wang
,
Nat. Commun.
7
,
12206
(
2016
).
33.
C. W.
Wang
,
W. W.
Ping
,
Q.
Bai
,
H. C.
Cui
,
R.
Hensleigh
,
R. L.
Wang
,
A. H.
Brozena
,
Z. P.
Xu
,
J. Q.
Dai
,
Y.
Pei
,
C. L.
Zheng
,
G.
Pastel
,
J. L.
Gao
,
X. Z.
Wang
,
H.
Wang
,
J. C.
Zhao
,
B.
Yang
,
X. Y.
Zheng
,
J.
Luo
,
Y. F.
Mo
,
B.
Dunn
, and
L. B.
Hu
,
Science
368
(
6490
),
521
(
2020
).
34.
J.
Yang
,
Y.
Gu
,
E.
Lee
,
H.
Lee
,
S. H.
Park
,
M. H.
Cho
,
Y. H.
Kim
,
Y. H.
Kim
, and
H.
Kim
,
Nanoscale
7
(
20
),
9311
(
2015
).
35.
A.
Molina-Sanchez
and
L.
Wirtz
,
Phys. Rev. B
84
(
15
),
155413
(
2011
).
You do not currently have access to this content.