Structural and electronic properties of two-dimensional multiphase indium selenide crystals
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Edmar Avellar Soares
Roberto Hiroki Miwa
Roberto Hiroki Miwa
Resumo
In this work, we present the growth and the structural and electronic properties of two-dimensional phases and polymorphs of indium selenide, specifically the InSe and In2Se3 compounds. The two samples synthesized for this study were obtained by the Bridgman method, employing two distinct approaches in the thermodynamic conditions of growth. In addition to structural characterization techniques, we employed tunneling microscopy and spectroscopy techniques to obtain the correlation between structural and electronic information. This allowed the investigation of the local electronic density of states of the different phases and polymorphs of this material.
We begin the dissertation by presenting a literature review on the two-dimensional phases of InSe and In2Se3. The polymorphs of the In2Se3 phase are characterized by the stacking of quintuple layers of indium and selenium, while the structure of InSe is characterized by stacked tetralayers. These materials present a wide variety of structural and electronic properties and are important candidates for various applications, such as solar cells, transistors, ferroelectric memories, gas sensors, etc. Finally, we present the most important experimental techniques used in this work. We discuss the Bridgman crystal growth method and analytical techniques of scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, electron backscattered diffraction, and tunneling microscopy/spectroscopy.
Neste trabalho, apresentamos o crescimento e as propriedades estruturais e eletrônicas de diferentes fases e polimorfos bidimensionais de seleneto de índio, mais especificamente os compostos InSe e In2Se3. As duas amostras sintetizadas para este estudo foram obtidas por meio do método de Bridgman, empregando duas abordagens distintas nas condições termodinâmicas de crescimento. Além de técnicas de caracterização estrutural, empregamos técnicas de microscopia e espectroscopia de tunelamento a fim de obter a correlação entre informações estruturais e eletrônicas, permitindo a investigação da densidade local de estados eletrônicos das diferentes fases e polimorfos deste material.
Começamos a dissertação apresentando uma revisão da literatura a respeito das fases bidimensionais de InSe e In2Se3. Os polimorfos da fase In2Se3 são caracterizados pelo empilhamento de pentacamadas de índio e selênio, enquanto as estruturas de InSe se caracterizam por tetracamadas empilhadas de índio e selênio. Estes materiais apresentam uma grande variedade estrutural e eletrônica e, por isso, são importantes candidatos para diversas aplicações como células solares, transistores, memórias ferroelétricas, sensores de gás, etc. Finalmente, apresentamos as técnicas experimentais mais importantes utilizadas neste trabalho. Discutimos o método de crescimento de cristais Bridgman e técnicas analíticas de microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios-X por energia dispersiva, difração de raios-X, difração de elétrons retroespalhados e microscopia/espectroscopia de tunelamento.
Obtivemos com sucesso dois cristais de seleneto de índio, com cada uma das amostras tendo uma proporção de fases e polimorfismos diferentes. A partir de medidas de difração de raios-X e de elétron retroespalhados, conseguimos quantificar a proporção de fases tanto no volume quanto em regiões superficiais na escala de mícrons de ambos os cristais. Através de medidas de microscopia e espectroscopia de tunelamento, conseguimos obter imagens de alta resolução das estruturas lamelares na escala nanométrica, assim como determinar a densidades de estados eletrônicos dos polimorfos de In2Se3 e InSe.
Abstract
We successfully obtained two indium selenide crystals, with each of the samples having a different proportion of phases and polymorphs. From X-ray diffraction and electron backscattered diffraction measurements, we were able to quantify the proportion of phases in both the volume and surface regions of the crystals. Through microscopy measurements and tunneling spectroscopy, we were able to obtain high-resolution images of the lamellar structures at the nanometer scale, as well as determine the electronic densities of states of InSe and In2Se3, for each phase and polymorph.
Assunto
Microscopia de tunelamento de varredura, Semicondutores, Difração
Palavras-chave
Scanning tunneling microscopy, Scanning tunneling spectroscopy, Indium selenide, Semiconductors, Electron backscatter diffraction