Phase transition in 1T-TaS2
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
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
2024-05-20
Department
Major/Subject
Micro- and Nanoelectronic Circuit Design
Mcode
ELEC3036
Degree programme
Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)
Language
en
Pages
57
Series
Abstract
In recent years, there has been a marked increase in academic interest in the electronic properties of two-dimensional (2D) materials, with a particular focus on charge density wave (CDW) phenomena, which can lead to various potential applications including tunable electronic devices. This thesis focuses on investigating the phase transitions of CDW in atomically thin 1T-phase tantalum disulfide (TaS2). The samples were fabricated using an all-dry, mechanical exfoliation and micro-manipulated transfer method, inside a vacuum glove box, and protected with a top hexagonal boron nitride (h-BN) layer. To minimize defects and maintain their pristine properties in isolated conditions. The phase of 1T-TaS2 is characterized by CDW that is coupled with periodic lattice distortion, which turns out to be commensurate with the crystal lattice and shows a metal-to-insulator phase transition. The investigation in CDW phase transitions through temperature-dependent Raman spectroscopy involves characterizing the vibrational modes associated with transitions between incommensurate (IC), nearly commensurate (NC), and commensurate (C) CDW states with an emphasis on samples of varying thicknesses. In this work, Raman spectra acquired at temperatures ranging from ~ 83 K to 383 K reveal that with a thick sample, which thickness is ~20 nm, the transitions exhibit at ~ 320-360$ K and ~ 140-180 K for IC/NC and NC/C transitions, respectively. In thin sample with a thickness of ~ 5 nm, the NC/C transitions occur at ~ 240-300 K, but the exploration of IC/NC transitions is challenging to delineate precisely associated with a subtle hysteretic phenomenon. The observed distinctions in CDW transitions from 1T-TaS2 with varying thicknesses may stimulate further investigation into the study of phonon energy, exciton recombination, and electron-phonon interaction within different 2D-CDWs.Viime vuosina akateeminen kiinnostus kahdenulotteisten (2D) materiaalien elektronisiin ominaisuuksiin on lisääntynyt merkittävästi, erityisesti varauksen tiheysaallon (CDW) ilmiöihin. Nämä ilmiöt voidaan hyödyntää erilaisiin mahdollisiin sovelluksiin, kuten säädettäviin elkctroniset laitteet. Tässä työssä keskitytään tutkimaan CDW:n faasisiirtymiä atomiseen ohuihin 2D siirtymämetallidikalogenideihin (TMD), painottaen erityisesti 1T-faasista tantaalidisulfidia (TaS2), jotka valmistettiin käyttämällä täysin kuivaa menetelmää, johon sisältyy mekaaninen eksfoliointi ja mikro-manipuloitu siirtomenetelmä tyhjiö sinetöityssä hansikaslokerossa. Vaikutusten minimoimiseksi mitatun tuloksen mittauksiin ja ylläpitääkseen niiden alkuperäisiä ominaisuuksia, valmistimme näytteen suojaavalla heksagonaalisen boorinitridin (h-BN) kerroksella eristetyissä olosuhteissa. 1T-TaS2:n faasi on luonnehditanut CDW:llä, joka on yhdistetty jaksolliseen hilavääristymään, mikä osoittautuu olevan suhteellinen kidehilalle ja näyttää faasimuutoksen metallista eristimeen. CDW:n faasisiirtymien tutkiminen lämpötilariippuvaisen Raman-spektroskopian avulla käsittää niiden värähtelytaajuuden karakterisoinnin, jotka liittyvät faasisiirtymiin suhteettomien (IC), lähes suhteellisten (NC) ja suhteellisten (C) CDW-tilojen välillä painottaen eri paksuisia näytteitä. Tässä työssä Raman-spektrit, jotka on mitattu lämpötiloissa 83 K:sta 383 K:iin, osoittavat, että ~ 20 nm-paksuilla näytteillä tapahtuvat IC/NC- ja NC/C-siirtymät noin ~ 320-360 K:n ja ~ 140-180 K:n lämpötiloissa. Ohuilla näytteillä, joiden paksuus on noin ~ 5 nm, NC/C-siirtymät osoitetaan tapahtuvan noin ~ 240-300 K:ssa, mutta IC/NC-siirtymien tutkiminen on haastavaa erottaa tarkasti hysteria-ilmiön vaikutuksesta. Havaitut CDW-siitymien erot eripaksuisissa näytteeissä 1T-TaS2 voivat herättää jatkotutkimuksia fononien energian, eksitonien rekombinaation ja elektronien ja fononien vuorovaikutuksen tutkimiseksi erilaisissa 2D-CDW:issä.Description
Supervisor
Sun, ZhipeiThesis advisor
Zhang, YiKeywords
1T-TaS2, charge density wave, periodic lattice distortion, Raman spectroscopy