Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Struktura elektronowa rzeczywistego kryształu 1T-TaS2 z defektami strukturalnymi.

Struktura elektronowa rzeczywistego kryształu 1T-TaS2 z defektami strukturalnymi.

Naukowcy z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego we współpracy z naukowcami z linii eksperymentalnej URANOS zbadali strukturę elektronową 1T-TaS2. Wysokorozdzielcze pomiary ARPES wykonano w NCPS Solaris w ramach kompleksowych badań wpływu defektów strukturalnych na właściwości elektronowe masowego 1T-TaS2.

1T-TaS2 charakteryzuje się unikalnymi właściwości oraz zjawiskami jakie zachodzą w jego strukturze, np.  przemianą fazowa Motta, czy obecnością fal gęstości ładunku na jego powierzchni, nośniki ładunku w 1T-TaS2 zachowują się jak chiralna kwantowa ciecz spinowa, oraz wykazuje przełączanie rezystancyjne. Poza tym materiał jest bardzo wrażliwy na ciśnienie, naprężenia, impulsy napięcia, domieszkowanie czy optyczne impulsy laserowe, co z kolei pozwala na kontrolowanie i dostrajanie właściwości i przejść fazowych 1T-TaS2. Wpływ defektów wewnętrznych 1T-TaS2 na właściwości elektronowe jest silny i bardzo złożony i nie był jeszcze kompleksowo badany. Naukowcy sprawdzali wpływ defektów na strukturę elektronową 1T-TaS2 za pomocą wielu metod w tym skaningowej mikroskopii tunelowej i spektroskopii (STM, STS), kątowej spektroskopii fotoelektronów o wysokiej rozdzielczości (ARPES) z wiązką synchrotronową oraz teorii funkcjonału gęstości (DFT).
Badania ARPES pozwoliły uzyskać informacje o strukturze elektronowej 1T-TaS2, które zostały poparte symulacjami teorii funkcjonału gęstości (DFT). Badacze użyli DFT i DFT+U (z włączeniem oddziaływana Hubbarda) do obliczenia właściwości wolnego od defektów 1T-TaS2, z wakancjami atomów siarki oraz z podstawionymi atomami tlenu w miejsce wakancji. Obliczenia struktury dla systemu 1T-TaS2 wolnego od defektów są porównywane z danymi ARPES i wykazując dobrą zgodność (patrz ryc. 1). Nawet pasma położone 8 eV poniżej poziomu Fermiego są odtwarzane z dużą zgodnością, pomimo niewielkiego przesunięcia w obliczeniach w kierunku poziomu Fermiego. Pasma wzbronione wzdłuż kierunku Γ ̅-M ̅ w zakresie energii 1.3 eV poniżej poziomu Fermiego są również dobrze odwzorowane zarówno w danych eksperymentalnych, jak i w obliczeniach. Przerwy te są związane z tworzeniem okresowych odkształceń sieci (PLD) i interakcjami kulombowskimi między nośnikami ładunków w 1T-TaS2.
Na podstawie obliczeń dla defektów w 1T-TaS2 zauważyli, że obserwowany eksperymentalnie lokalny metaliczny charakter przewodnictwa wynika z wakancji siarki. Pokazali również niejednorodność właściwości elektronowych dla różnych węzłów siarki w strukturze podstawionej atomem tlenu, tzn. obserwowali ich właściwości półprzewodnikowe z zachowanym namagnesowania, albo właściwości metaliczne ze znacznie ograniczonym efektywnym namagnesowaniem. Wyniki te wyraźnie pokazują, że uwzględnienie obecności defektów w 1T-TaS2 będzie miało kluczowe znaczenie zarówno dla późniejszych fundamentalnych badań tego materiału, jak i dla dalszego projektowania urządzeń elektronicznych.

Zdjęcie 1. ( a, b ) Dane ARPES zmierzone w 80 K wzdłuż linii Γ ̅-M ̅ w przestrzeni wektora falowego k, ( b ) druga pochodna widma. ( c ) Struktura pasmowa obliczona metodą DFT dla superkomórki 1T-TaS2, która obejmuje okresowe zniekształcenie sieci charakterystyczne dla 1T-TaS2. Spin w górę i w dół oznaczony odpowiednio kolorem czerwonym i niebieskim.

Autor: Iaroslav Lutsyk

Link do publikacji:

Lutsyk, I., Szalowski, K., Krukowski P., et al. Influence of structural defects on charge density waves in 1T-TaS2. Nano Research (2023). doi.org/10.1007/s12274-023-5876-7

Polecamy również
Elektroniczny Cud Cyny

Elektroniczny Cud Cyny

Efektywne i bezpieczne usuwanie farmaceutyków z wody w świetle widzialnym

Efektywne i bezpieczne usuwanie farmaceutyków z wody w świetle widzialnym

Nietypowy mechanizm przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu

Nietypowy mechanizm przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu

Kalkulacja orientacji makromolekuł  w przestrzeni trójwymiarowej

Kalkulacja orientacji makromolekuł w przestrzeni trójwymiarowej