Synchrotron x-ray exploration of growth and structure in 2D dichalcogenides - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Synchrotron x-ray exploration of growth and structure in 2D dichalcogenides

Exploration par rayonnement synchrotron X de la croissance et de la structure de dichalcogénures 2D

Roberto Sant
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Résumé

Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDCs) are promising materials for a variety of applications, especially in optoelectronics. However, the lack of understanding of their epitaxy - i.e. growth mechanism, microscopic structure, nature of the 2D layer-substrate interaction, etc. - is still a crucial issue to address. In this PhD thesis we explored a series of epitaxial growths of monolayer and thin film TMDCs grown by molecular beam epitaxy (MBE) on a variety of substrates. We studied their atomic structures and we attempted the modifications of some of them with various in situ methods. Several systems and processes have been investigated: (i) transition metal ditellurides, ZrTe2 , MoTe2 and TiTe2 on InAs(111) substrate, (ii) the intercalation of alkali metal species between single layer MoS2 and its Au(111) substrate, (iii) the growth and the thermal treatments in H2S atmosphere of monolayer PtSe2 on Pt(111). Our work relies on both phenomenological and quantitative methods based on surface X-ray diffraction, often complemented by parallel analysis performed with other probes, e.g. STM, TEM, XPS, ARPES. Most notably, we found that: (i) a metastable orthorhombic phase and a charge density wave phase can be stabilized at room temperature in MoTe2 and TiTe2 owing to the epitaxial strain in the materials; (ii) the intercalation of Cs atoms under MoS2 induces structural and electronic decoupling of the 2D MoS2 layer from its Au(111) substrate; (iii) the sulfurization of PtSe2 promotes the Se-by-S substitution in one (or both) of its two chalcogen layers, leading either to the full conversion of the selenide into a sulfide or even to an ordered Janus alloy.
Les dichalcogenures de métaux de transition bidimensionnels (2D) suscitent un grand intérêt pour des applications variées, principalement en optoelectronique. Toutefois, la faible compréhension des mécanismes liés à leur épitaxie, de leur microstructure et de la nature de leur interaction avec le substrat représentent encore des problèmes ouverts. Nous avons exploré un certain nombre de croissances épitaxiales des dichalcogenures 2D préparés par épitaxie à jets moléculaires sur des substrats différents. Nous en avons examiné la structure atomique et essayé d’en modifier certains in situ. Plusieurs systèmes et processus ont été étudiés: (i) des tellurures de métaux de transition, ZrTe2, MoTe2 et TiTe2, épitaxiés sur un substrat de InAs(111), (ii) l’intercalation d’espèces atomique alcalines entre une monocouche de MoS2 et son substrat d’Au(111), (iii) la croissance et le traitement thermique sous atmosphère de H2S d’une monocouche de PtSe2 sur Pt(111). Notre travail s’appuie sur des approches à la fois phénoménologiques et quantitatives de diffraction de rayons X de surface, souvent complétées par ses analyses effectuées à l’aide d’autres techniques (STM, TEM, XPS et ARPES). Les principaux résultats sont que: (i) une phase orthorhombique et une onde de densité de charge sont stabilisées à température ambiante dans les couches de MoTe2 et TiTe2 par un effet de déformation induite par l’épitaxie; (ii) l’intercalation de césium (Cs) au-dessous du MoS2 induit un découplage structurel mais aussi électronique de la monocouche de son substrat; (iii) la sulfurisation de PtSe2 à chaud en conditions contrôlées permet de substituer des atomes de Se par des atomes de S dans la couche supérieure du dichalcogenure, formant ainsi un alliage ordonné de SPtSe, structure de type Janus.
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Dates et versions

tel-02940600 , version 1 (16-09-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02940600 , version 1

Citer

Roberto Sant. Synchrotron x-ray exploration of growth and structure in 2D dichalcogenides. Condensed Matter [cond-mat]. Université Grenoble Alpes, 2019. English. ⟨NNT : 2019GREAY075⟩. ⟨tel-02940600⟩

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