Growth and Characterisation of chromium selenide

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-05-22

Department

Major/Subject

Teknillinen fysiikka

Mcode

SCI3028

Degree programme

Teknistieteellinen kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

23

Series

Abstract

Two dimensional (2D) materials show a wide range of interesting properties, including surconductivity, ferroelectricity, antiferromagnetism and ferromagnetism. Especially transition metal dichalcogenides (TMDC), a type of 2D-materials, have been researched in the recent years. CrSe2 is a TMDC that has shown antiferromagnetic properties which could have applications in spintronics and magnetoelectronics. The magnetic properties of CrSe2 have been observed to be tunable by for example applying strain, using hydrogenation and adjusting layer thickness. Molecular beam epitaxy (MBE) is a growth method to produce clean samples of 2D-materials for research applications. MBE is a slow growth process that operates in ultra high vacuum (UHV) where growth materials are evaporated. Because of the conditions, clean and well structured samples can be produced. In the experiments done for this thesis, MBE was used to grow monolayers of chromium selenides. Samples were initially analysed using scanning electron microscopy (SEM) to determine the island shapes. Once desired islands and coverage were obtained, the grown phase was determined based on analysis done using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning tunneling microscope (STM). The best results were achieved using a seeding process in the growth. Two different types of islands were produced on highly ordered pyrolytic graphite (HOPG). On the sample clear triangular islands were observed along with rounder islands of lesser quality. The clearer islands were analysed with STM and the data was used to determine the lattice constant of the material. Based on the lattice constant and similar height profiles of the two materials, the islands are likely two different phases of CrSe2. As the sample was in contact with air before STM measurements, especially the rounder islands contained impurities which could have been avoided with selenium capping.

Kaksiulotteisissa materiaaleissa esiintyy useita mielenkiintoisia ominaisuuksia kuten suprajohtavuutta, ferrosähköisyyttä, antiferromagnetismia ja ferromagnetismia. Erityisesti siirtymämetallidikalkoridit (TMDC) ovat olleet tutkimuksien keskiössä viimevuosina. CrSe2 on eräs antiferromagneettinen TMDC-yhdiste jolla voisi olla käyttökohteita spintroniikassa ja magnetoelektroniikassa. Tutkimuksissa on huomattu, että kromiselenidin magneettisia ominaisuuksia voidaan muuttaa esimerkiksi kohdistamalla aineeseen rakenteellista jännitettä, hydraamalla tai muuttamalla kerrospaksuutta. Molekyylisäteen epitaksia (MBE) on eräs kasvatusmetodi, jolla voidaan tuottaa puhtaita 2D-materiaalinäytteitä tutkimustarkoituksiin. Tyypillistä MBE-kasvatukselle on hidas kasvunopeus sekä kasvatus ultrakorkeassa tyhjiössä (UHV), jossa kasvatusmateriaalit haihdutetaan. Kasvatusolosuhteiden ansiosta voidaan tuottaa puhtaita ja säännöllisen kiderakenteen omaavia näytteitä. Tutkielmaa varten tehdyissä kokeissa kasvatettiin MBE:tä käyttäen yhdestä molekyylikerroksesta koostuvia kromidiselenidirakenteita. Näytteitä analysoitiin alustavasti pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), jotta voitaisiin määrittää kasvatettujen saarien muodot. Kun halutun muotoisia saaria onnistuttiin kasvattamaan, kasvatetun aineen faasi määritettiin analysoimalla ainetta fotoelektronispektrometrialla (XPS) ja tunnelointimikroskoopilla (STM). Parhaat kasvutulokset saavutettiin luomalla ensin matalammalla kasvulämpötilalla kromille ja seleenille ydintymiskohteita jonka jälkeen aloitettiin varsinainen kasvuprosessi korkeammassa lämpötilassa hitaammalla kasvunopeudella. Kasvatetussa näytteessä havaittiin lopulta kahdentyyppisiä saaria käyttäen subtoisia saaria, sekä pyörempiä heikompilaatuisia saaria. Selkeämpiä saaria analysoitiin tunnelointimikroskoopilla ja kerättyä dataa käytettiin materiaalin hilavakion selvittämiseen. Hilavakion sekä saarien samankokoisten korkeusprofiilien perusteella todettiin saarten olevan todennäköisesti CrSe2:n kahta eri faasia. Koska näyte oli kosketuksissa ilman kanssa ennen tunnelointimikroskooppimittauksia, sisälsivät erityisesti pyöreämmät saaret epäpuhtauksia, joilta voitaisiin välttyä päällystämällä näyte seleenillä.

Description

Supervisor

Liljeroth, Peter

Thesis advisor

Drost, Robert

Keywords

2D-materials, chromium selenide, MBE, SEM, XPS, STM

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202405283910

Collections

[kand] Perustieteiden korkeakoulu / SCI