Non-trivial surface effects in novel GeS and Sb4Te3 layered materials

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.