Molecular beam epitaxy growth and scanning tunneling microscopy characterization of CrBr2-SnTe van der Waals heterostructures

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorAmini, Mohammad
dc.contributor.authorKarjasilta, Antti
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorLiljeroth, Peter
dc.date.accessioned2023-09-03T17:06:53Z
dc.date.available2023-09-03T17:06:53Z
dc.date.issued2023-08-22
dc.description.abstractTwo-dimensional (2D) materials have been a subject of significant interest since the discovery of graphene, opening new exciting possibilities for both completely new topics and also for properties that have been studied in bulk, such as ferromagnetism and ferroelectricity. The investigation of these phenomena in 2D has been intense and has extended to attempts to realize a 2D material combining them, known as magnetoelectric multiferroic. One possible fabrication method is to create a multiferroic heterostructure (HS) material by combining a 2D ferromagnetic material with a 2D ferroelectric material. To investigate this, an attempt was made to combine a ferromagnetic monolayer-thick chromium(III) bromide (CrBr3) with a ferroelectric monolayer-thick tin telluride (SnTe). Due to challenges faced with the growth of CrBr3/SnTe heterostructure, the focus of the research was shifted to examine HS consisting of chromium(II) bromide (CrBr2) and SnTe. Low-temperature scanning tunneling microscopy (STM) was used to characterize the samples grown using molecular beam epitaxy (MBE). The electronic structure of the samples was probed using scanning tunneling spectroscopy (STS). The topography experiments revealed CrBr2 to show multiple different domains and to have a distorted diamond lattice with lattice constants of 3.4 Å, 3.8 Å, and 3.9 Å. The growth of the CrBr2/SnTe HS was successful, with SnTe exhibiting distinct ferroelectric domains. STS measurements showed band bending in SnTe and CrBr2, indicating that CrBr2 might exhibit ferroelectric order. Furthermore, we detected a Coulomb gap on monolayer SnTe, raising the question of controlling the Coulomb gap through ferroelectricity. Further STS measurements at low energy ranges did not show definite proof of CrBr2 being ferromagnetic, and at this time we are unable to determine if the CrBr2/SnTe HS is multiferroic.en
dc.description.abstractKaksiulotteisia (2D) materiaaleja on tutkittu paljon grafeenin löytämisen jälkeen, sillä niiden avulla on mahdollista tutkia sekä täysin uusia ilmiöitä että kolmiulotteisissa materiaaleissa jo tunnettuja ominaisuuksia, kuten ferromagnetismia ja ferrosähköisyyttä. Kiinnostus näitä kahta ilmiötä kohtaan 2D materiaaleissa on ollut runsasta, mikä on johtanut yrityksiin kehittää 2D magneettisähköinen multiferroinen materiaali, joka sisältäisi sekä ferromagneettisen että ferrosähköisen materiaalin ominaisuudet. Yksi mahdollinen menetelmä tällaisen materiaalin valmistamiseen olisi yhdistää kaksi 2D materiaalia, joista toinen on ferromagneettinen ja toinen ferrosähköinen. Tämän mentelmän tutkimiseksi pyrittiin yhdistämään yhden atomikerroksen pakusuista ferromagneettista kromi(III)bromidia (CrBr3) yhden atomikerroksisen paksuisen tinatelluridin (SnTe) kanssa. Koska tämän yhdistelmämateriaalin valmistuksessa kohdattiin haasteita, päädyttiin käyttämään kromi(II)bromidia (CrBr2) CrBr3 sijaan. Matalan lämpötilan tunnelointimikroskopialla tutkittiin näytteitä, jotka oli valmistettu molekyylisuihkuepitaksialla (MBE). Näytteiden sähköisiä ominaisuuksia tarkasteltiin tunnelointispektroskopialla (STS). Topografia-mittaukset paljastivat useita erilaisa CrBr2 faaseja, joita yhdisti vääristynyt timanttimainen hila, jonka hilavakiot olivat 3.4 Å, 3.8 Å, ja 3.9 Å. CrBr2/SnTe-yhdistelmämateriaali kasvoi onnistuneesti, ja useita ferrosähköisiä alueita pystyttiin havaitsemaan SnTe -materiaalissa. STS mittauksissa huomattiin energiavöiden taittumista sekä SnTe että CrBr2 materiaaleissa, mikä merkitsee, että CrBr2 voisi mahdollisesti olla ferrosähköinen materiaali. Havaitsimme myös yhden atomikerroksen paksuisessa SnTe:ssä Coulombin aukon, jonka hallinta voisi olla mahdollista ferrosähköisyyden avulla. STS mittaukset pienillä energioilla eivät osoittaneet kiistämättömiä todisteita CrBr2 ferromagneettisuudesta, ja täten emme voi varmasti sanoa, onko CrBr2/SnTe -yhdistelmämateriaali multiferroinen.fi
dc.format.extent52
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/123191
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202309035528
dc.language.isoenen
dc.programmeMaster’s Programme in Engineering Physicsfi
dc.programme.majorMaterials Physics and Quantum Technology majorfi
dc.programme.mcodeSCI3107fi
dc.subject.keywordferromagnetismen
dc.subject.keywordferroelectricityen
dc.subject.keywordmultiferroicen
dc.subject.keywordtwo-dimensionalen
dc.subject.keywordSTMen
dc.subject.keywordSTSen
dc.titleMolecular beam epitaxy growth and scanning tunneling microscopy characterization of CrBr2-SnTe van der Waals heterostructuresen
dc.titleCrBr2-SnTe van der Waals materiaalien valmistus molekyylisuihkuepitaksialla ja niiden karakterisointi tunnelointimikroskopiallafi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Karjasilta_Antti_2023.pdf
Size:
15.82 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
Collections
[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI