Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/69267
Type: Tese
Title: Non-trivial surface effects in novel GeS and Sb4Te3 layered materials
Other Titles: Efeitos de surperfícies não triviais em novos materiais lamelares GeS e Sb4Te3
Authors: Rafael dos Reis Barreto
First Advisor: Rogério Magalhães Paniago
First Co-advisor: Mário Sérgio de Carvalho Mazzoni
First Referee: Maria Carolina de Oliveira Aguiar
Second Referee: Leandro Malard Moreira
Third Referee: Arnaldo Naves de Brito
metadata.dc.contributor.referee4: Bruna Fernanda Baggio
Abstract: In this work we have studied different layered materials, Germanium Sulfide (GeS) and Antimony Telurite (Sb4Te3). We used scanning tunneling microscopy and spectroscopy (STM/STS) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) to study the unique properties of these two materials. The first project was dedicated to the study of the surface in-plane ferroeletricity of GeS using STM/STS. We obtained a remarkable experimental STS evidence of thickness-dependent phenomena surface-induced ferroelectricity in germanium sulfide nano-flakes. We used vapor-phase deposition to synthesize ultrathin nano-flakes on a highly oriented pyrolytic graphite substrate (HOPG). Nanostructures of variable thicknesses were studied using scanning tunneling microscopy and spectroscopy and the electronic structure was modelled using density functional theory (DFT) calculations. Tunneling current under negative-positive-negative biases was altered by the thickness of the material. We clearly observe a hysteresis pattern, which we attribute to a two-dimensional ferroelectric behavior, consistent with screening conditions of polarization charges. This effect increases as the number of layers is reduce. The second project was dedicated to the study of the electronic structure of Sb4Te3. We present HR-ARPES measurements conducted on this topological material. Using DFT combined with ARPES measurements, we observe that the topological behavior exhibited by Sb2Te3 and Sb2 persists, characterized by electronic states which emerge from spin-orbit coupling, hexagonal warping associated with time reversal symmetry and photon-energy independence in these surface states. By comparing the results with the calculated bulk and surface bands, we observe a confined electronic state between the bulk Sb4Te3 and the Sb2 termination. The photon-energy independence of this state indicates confinement along the stacking direction.
Abstract: Neste trabalho, estudamos dois materiais que possuem empilhamento por camadas separados por ligações de Van der Walls, o Sulfeto de Germânio (GeS) e o Telureto de Antimônio (Sb4Te3). Utilizamos microscopia e espectroscopia de tunelamento (STM/STS) e espectroscopia de fotoemissão resolvida em ângulo (ARPES) para investigar as propriedades únicas desses dois materiais. O primeiro projeto consistiu no estudo da ferroeletricidade no plano da superfície do GeS utilizando STM/STS. Obtivemos um resultado experimental notável de fenômenos dependentes da espessura à temperatura ambiente, relacionados à fase ferroelétrica superficial induzida em nanocamadas de GeS. Utilizamos deposição em fase vapor para sintetizar nanoflakes de sulfeto de germânio em um substrato de grafite pirolítico altamente orientado (HOPG). Os nanoflakes com diferentes espessuras foram estudados usando STM/STS e modelados por meio de cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT). A corrente de tunelamento foi alterada pela espessura do material. Observamos claramente um padrão de histerese, ao qual atribuímos um comportamento ferroelétrico bidimensional, consistente com as condições de polarização. Esse efeito aumenta à medida que o número de camadas é reduzido. O segundo projeto foi dedicado ao estudo da estrutura eletrônica do Sb4Te3, utilizando medidas de ARPES em alto resolução no material topológico Sb4Te3. Utilizando DFT combinado com medidas de ARPES, observamos que o comportamento topológico exibido por Sb2Te3 e Sb2 persiste, caracterizado por estados eletrônicos que surgem do acoplamento spin-órbita, warping hexagonal associado à simetria de inversão temporal e independência de energia de fótons nesses estados superficiais. Ao comparar os resultados com as bandas do bulk e da superfície, observamos estados eletrônicos confinados entre o Sb4Te3 bulk e a terminação em Sb2. A independência em energia de fótons desse estado indica confinamento ao longo da direção de empilhamento.
Subject: Ferroeletricidade
Estrutura eletrônica
Microscopia
Espectroscopia de tunelamento
Poços quânticos
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/69267
Issue Date: 12-Mar-2024
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
tese_rafael.pdf4.8 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.