Detailansicht
Defects and deformations in two-dimensional materials analyzed by electron and scanning probe microscopy
Kenan Elibol
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Physik)
Betreuer*in
Jannik Meyer
Mitbetreuer*in
Jani Kotakoski
DOI
10.25365/thesis.52845
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24565.33814.382282-9
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Eigenschaften zweidimensionaler Materialien lassen sich durch kontrollierte Verformung beeinflussen. In dieser Dissertation werden daher Defekte und Deformationen untersucht die Verformungen verursachen können. Der Inhalt dieser Arbeit ist in zwei Teile gegliedert: Im ersten Teil werden Defekte in zweidimensionalen Materialien mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Der Fokus im zweiten Teil liegt auf Deformationsexperimenten und deren Analyse mittels Ramanspektroskopie und Rastersondenmikroskopie (RSM).
Zunächst werden Korngrenzen in durch chemische Gasphasenabscheidung gewachsenem Molybdändisulfid mittels hochaufgelöster Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Dabei stellt sich heraus, dass diese aus Versetzungskernen bestehen die wiederum Spannungen verursachen und zur Ausbildung von Nanoporen führen, deren Größe von Misorientierungswinkel zwischen den Körnern abhängt. Als nächstes zeigen wir neue Arten von intrinsischen und elektronenstrahlinduzierten Punktdefekten un Molybdänditellurid. Da Molybdänditellurid unter Bestrahlung mit Elektronen instabil ist haben wir intrinsische Defekte in diesem Material in Graphenverkapselten Proben untersucht. Zusätzlich zu strukturellen Phasenumwandlungen (z.B. hexagonal -> oktaedrisch -> verzerrt oktaedrisch) wurden unter Bestrahlung mit Elektronen auch neuartige Punktdefekte, wie zum Beispiel dreizählig rotationssymmetrische Quantenpunkte und achsensymmetrische sowie zweizählig rotationssymmetrische Quantendrähte, gefunden. Weiterhin zeigen wir, dass der Rand von verkapseltem Molybdänditellurid unter Elektronenbestrahlung einen ungeordneten, flüssigkeitsartigen Zustand einnimmt.
Im zweiten Teil werden die durch eine Rastersonde verursachten Deformationen mittels kombinierter Rasterkraftmikroskopie (RKM)/Ramanspektroskie und Doppelspitzen RSM untersucht. Als Erstes zeigen wir mit Hilfe von gleichzeitigen RKM- und Ramanspektroskopiemessungen, wie der Kontakt zwischen einer nm-großen Rastersondenspitze und einer mehrlagigen-Graphenmembran in selbiger zu einem zweidimensionalen Spannungsfeld auf µm-Skala führt. Zuletzt präsentieren wir spitzeninduzierte, punktartige Verformungen die mit einer zweiten, unabhängen Rastersonde im Doppelspitzen-RSM vermessen wurden. Zusätzlich zu den Verformungsmessungen führen wir zwei neuartige Abbildungstechniken ein, die dazu dienen Spitzen-Proben Wechselwirkungen und stark lokalisierte Signale von einer Punktquelle darzustellen. Eine der Methoden, nämlich die elektrische Übersprechabbildung, ist vielversorechend für zukünftige Transportmessungen auf atomarer Skala.
Die Ergebnisse die wir in dieser Dissertation präsentieren zeigen, dass die gezielte Beeinflussung von Defekten und Verformungen in zweidimensionalen Materialen durch Elektronenbestrahlung, CVD Wachstum, Verkapselung und Indentierung es zulässt, ihre elektronischen und morhphologischen Eigenschaften zu verbessern. Dadurch können neue, funktionale Materialien mit den erwünschten Eingenschaften für zukünftige technologische Anwendungen erhalten werden.
Abstract
(Englisch)
The properties of two dimensional materials can be tailored by controlling the strain. Defects and deformations, introducing strain in materials, are analyzed by high resolution electron and scanning probe microscopy techniques in this dissertation. The content of the dissertation is divided in two parts. The first part involves high resolution transmission electron microscopy analysis of defects in two dimensional materials. The second part presents deformation experiments in two dimensional materials analyzed through Raman spectroscopy and scanning probe microscopy techniques.
First, grain boundaries in molybdenum disulfide grown by chemical vapor deposition is probed by high resolution scanning transmission electron microscopy. We find that they consist of dislocation cores that produce strain and lead to the formation of nanopores with different sizes varying with the misorientation angle between the grains. Next, we reveal new types of intrinsic and electron-beam-induced point defects in molybdenum ditelluride. Because of its instability under electron irradiation, we also analyze graphene encapsulated molybdenum ditelluride to explore its intrinsic defects. In addition to structural phase transitions (e.g. hexagonal -> octahedral -> distorted octahedral) under electron irradiation, the point defects, which have not been observed in this material before, three-fold rotationally symmetric quantum dots and both reflection and two fold rotational symmetric quantum wires for example, are also shown. Further, we present how the edge of encapsulated molybdenum ditelluride shows a disordered liquid-like nature under electron irradiation.
In the second part, the large scale local deformations induced by a scanning probe tip are analyzed using the combined AFM/Raman spectroscopy and double-tip SPM techniques. First, we show how the contact of nm-sized scanning probe tip results in a two-dimensional strain field with
µm dimensions in the free-standing few-layer graphene membrane through simultaneous AFM and Raman spectroscopy measurements. Finally we present tip-induced point-like deformations measured by another independent scanning probe tip using double-tip SPM. In addition to deformation measurements, we introduce two new imaging techniques to reveal tip-sample interactions and visualize highly localized electrical signal received from a point source. One of the methods, electrical cross-talk imaging, show great promise for measuring the transport over one atom scale in the future.
The findings, that we present in this dissertation, show that engineering the defects and deformations in 2D materials through electron-beam irradiation, CVD growth, encapsulation or indentation may enable tuning their electronic and morphological properties. Hence new functional materials with desired physical properties can be obtained for future technological applications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
2D Materials Electron Microscopy Scanning Probe Microscopy Defects Deformations
Schlagwörter
(Deutsch)
2D Materialien Elektronenmikroskopie Rastersondenmikroskopie Defekte Deformationen
Autor*innen
Kenan Elibol
Haupttitel (Englisch)
Defects and deformations in two-dimensional materials analyzed by electron and scanning probe microscopy
Paralleltitel (Deutsch)
Defekte und Deformationen in zweidimensionalen Materialien analysiert durch Elektronen- und Rastersondenmikroskopie
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
IV, 145 Seiten $$b Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Ferdinand Hofer ,
Katalin Kamarás
Klassifikationen
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
AC Nummer
AC15217744
Utheses ID
46681
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |