Πειραματική μελέτη του διδιάστατου διχαλκογενιδίου μεταπτωτικού μετάλλου: MoTe2

Γάτσιος, Χρήστος; Gatsios, Christos

dc.contributor.author	Γάτσιος, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Gatsios, Christos	en
dc.date.accessioned	2019-05-20T08:22:53Z
dc.date.available	2019-05-20T08:22:53Z
dc.date.issued	2019-05-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48775
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16590
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Διδιάστατα υλικά	el
dc.subject	Διχαλκογενίδια μεταπτωτικών μετάλλων	el
dc.subject	Επιταξία με μοριακές δέσμες	el
dc.subject	Δομικός χαρακτηρισμός διδιάστατων υλικών	el
dc.subject	Molecular beam epitaxy	en
dc.subject	Structural characterization	en
dc.subject	Two dimensional materials	en
dc.subject	Transition metal dichalcogenides	el
dc.subject	Τοπολογικά υλικά	el
dc.subject	Topological materials	el
dc.title	Πειραματική μελέτη του διδιάστατου διχαλκογενιδίου μεταπτωτικού μετάλλου: MoTe2	el
dc.title	Experimental study of two dimensional transition metal dichalcogenide: MoTe2 (el)	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη υλικών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/840868f9d668cd136ec6f074902084034906c943
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-04
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια έχει καταστεί σημαντικό πεδίο μελέτης και έρευνας η περιοχή των διδιάστατων υλικών. Με αφετηρία το γραφένιο ένα επίπεδο υλικό πάχους ενός ατόμου και τις μοναδικές του ιδιότητες, ηλεκτρονικές, χημικές, οπτικές και μηχανικής αντοχής, έχουν βρεθεί και άλλες κλάσεις διδιάστατων υλικών με εξίσου καινοφανείς ιδιότητες. Τα Διδιάστατα Διχαλκογενίδια Μεταπτωτικών Μεταλλων (ΔΜΜ) είναι μια ανθηρή επιστημονική περιοχή που υπόσχεται όχι μόνο επαναστατικές τεχνολογικές εφαρμογές όπως πάνω στη περιοχή των κβαντικών υπολογιστών, της ηλεκτρονικής και σπιντρονικής αλλά και ενδιαφέρουσα Φυσική λόγω των ιδιαίτερων τοπολογικών ιδιοτήτων τους που επιτρέπουν τη παρουσία των σωματιδίων Dirac, Weyl. Γίνεται λόγος δηλαδή για φυσική υψηλών ενεργειών σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία γίνεται μια πειραματική μελέτη στο κομμάτι της παρασκευής και χαρακτηρισμού ενός υποψήφιου καινοτόμου υλικού αυτής της κατηγορίας, του διδιάστατου διτελλουριδίου του Μολυβδαινίου (MoTe2). Συγκεκριμένα η παρασκευή του γίνεται με τη μέθοδο επιταξίας με μοριακές δέσμες (Molecular Beam Epitaxy) σημαντική τεχνική, που δίνει τη δυνατότητα της παρασκευής ορισμένων δομών αυτών των υλικών που είναι υπεύθυνες για τις πρωτότυπές τους ιδιότητες. Ο χαρακτηρισμός αυτού του υλικού είναι επίσης ένα σημαντικό κεφάλαιο αυτής της διπλωματικής που αποτελείται από την παρουσία σύγχρονων τεχνικών, όπως των μεθόδων ARPES STM, που δίνουν αντίστοιχα μια άμεση πληροφόρηση των ενεργειακών ζωνών του υλικού και της μορφολογίας της επιφάνειας, αλλά και βασικών τεχνικών RHEED XPS, που πληροφορούν για την ποιότητα της επιφάνειας και τη στοιχειομετρία. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να μας δώσουν ένα σημαντικό σύνολο πληροφοριών για την χημική, ηλεκτρονιακή και δομική κατάσταση του υλικού MoTe2, τα οποία θα αναφερθούν σχολαστικά και θα απασχολήσουν αυτή τη διπλωματική εργασία. Αυτή η διπλωματική εργασία αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο μέρος αποτελεί μια βιβλιογραφική μελέτη πάνω σε αυτά τα υλικά που πραγματεύεται τις κρυσταλλικές τους δομές, αλλά και τους λόγους για τους οποίους μπορούν να σχηματίσουν διδιάστατες κρυσταλλικές δομές. Γίνεται λόγος για τις συμμετρίες αλλά και τις ιδιότητες που παρουσιάζουν. Επίσης στο πρώτο μέρος σχολιάζεται η μέθοδος παρασκευής MBE και οι παράμετροι που λαμβάνονται υπόψιν για την παρασκευή όσο γίνεται πιο καθαρών και επίπεδων επιφανειών χωρίς ατέλειες. 5 Σχολαστικά αναφέρεται το σύνολο των μεθόδων χαρακτηρισμού, οι οποίες υπάρχουν στο Εργαστήριο Επιταξίας και Επιστήμης Επιφανειών και οι οποίες γίνονται in situ, δηλαδή χωρίς την απομάκρυνση του υλικού από το θάλαμο υπερυψηλού κενού που πραγματοποιήθηκε η εναπόθεση. Στο δεύτερο μέρος αναφέρονται τα πειραματικά αποτελέσματα που αποκτήθηκαν. Ξεκινώντας από την κατεργασία του υποστρώματος, προχωράμε στην ανάπτυξη του υλικού που παρακολουθείται και ελέγχεται με τη βοήθεια της μεθόδου RHEED. Στη συνέχεια ακολουθεί η τεχνική XPS για έναν χημικό χαρακτηρισμό που θα μας βοηθήσει να επιβεβαιώσουμε τη παρασκευή ενός καθαρού χωρίς οξείδια δείγματος, αλλά και τον χημικό σχηματισμό της αναμενόμενης δομής. Παρουσιάζονται επίσης αποτελέσματα για την μορφολογία της σχηματισμένης επιφάνειας με την τεχνική STM, αλλά και αποτελέσματα από την ηλεκτρονιακή δομή του υλικού MoTe2 με την βοήθεια της τεχνικής ARPES. Τέλος, τα πειραματικά μας αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την παρουσία του ΜοTe2 και της παραμορφωμένης δομής του 1T’. Οπωσδήποτε όμως περαιτέρω χαρακτηρισμοί και μελέτη είναι αναγκαία για έναν πιο ολοκληρωμένο δομικό και ηλεκτρονιακό χαρακτηρισμό του σχηματισμένου MoTe2. Όπως επίσης λόγω χαμηλής διακριτικής ικανότητας της μεθόδου ARPES είναι δύσκολη μια περιγραφική μελέτη των όποιων τοπολογικών ιδιοτήτων της σχηματισμένης δομής ΜοTe2.	el
heal.abstract	In the recent years two dimensional materials have become an important field of scientific research. Starting with the discovery of graphene, a material which has the thickness of an atom and novel electronic, chemical, optical and mechanical properties, more classes of two dimensional materials have been discovered with equally important properties. Two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D TMDCs) is a rising scientific area promising not only revolutionary technological applications in the areas of electronic, spintronics or Quantum Computing but also interesting Physics due to their topological properties that allow the presence of Dirac and Weyl fermions which are important particles of High Energy Physics. This diploma dissertation is an experimental study in the manufacturing and characterization process of an innovative candidate of 2D TMDCs, 2D Molybdenum Ditelluride (MoTe2). Specifically, the fabrication method being followed is Molecular Beam Epitaxy (MBE). MBE is an important method that gives the possibility of fabrication of particular structures leading to the referred novel properties. Characterization of this material is also an important chapter of this diploma thesis. For the characterization, contemporary techniques like STM for the morphology of the surface and ARPES for the electronic structure of the material were carried out, as well as more basic techniques for a structural and chemical characterization like RHEED and XPS. All the above techniques will give us a great insight about the formed MoTe2 and they will be commented in detail. There are two main parts that constitute this diploma thesis. The first part is mainly a bibliographic study of the TMDCs, their crystalline structures, the reasons why they can form 2D structures, as well as the variety of properties which they show. The first part contains also the theoretical description of the different fabrication and characterization methods that were used. Beginning from the MBE fabrication method and the parameters that have to be concerned in order to make clean and smooth surfaces, one continues with the description of 7 the in-situ characterization techniques, RHEED, XPS, STM, ARPES provided at the Laboratory of Molecular Beam Epitaxy and Surface Science of “Demokritos”. Experimental results are presented in the second part, where the procedure of the fabrication and characterization of MoTe2 is shown. At first the process of the substrate treatment and the growth are described, while experimental results from the monitoring of the process with RHEED are presented. Subsequently a chemical characterization with XPS is followed in order to confirm the absence of contaminants and the chemical formation of the expected structure. Pictures with the morphology of the formed surface were acquired with the STM technique whereas the electronic structure of the formed material obtained with the in situ ARPES technique. In conclusion, although the results confirm the presence of MoTe2 and its distorted 1T’ phase, further characterization and research is needed in order to get a complete structural and electronic characterization of the formed MoTe2, as well as the low resolution of ARPES makes it difficult for any conclusion of a topological feature.	en
heal.advisorName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Αντωνόπουλος, Κίμων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής. Εργαστήριο Προηγμένων Υλικών και Μίκρο – Νανοδιατάξεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.
heal.fullTextAvailability	true