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Thèse Année : 2022

influence of the dielectric substrate on the electronic band structure in a monolayer of tmdc

Influence du substrat diélectrique sur la structure de bandes dans une monocouche de TMDC

Karl Kloss
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1187001
  • IdRef : 264993764

Résumé

In the family of 2D materials, monolayers of transition metal dichalcogenide, and in particular, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, are semiconductors with exceptional optoelectronic properties. These properties are due to their nanometric thickness and the resulting consequences on their band structure. This influence offers a unique opportunity to control the optoelectronic properties of these materials by simply modifying their dielectric environment. In this work, we experimentally examine this influence by exposing a WSe2 monolayer to different substrates. We use mechanical exfoliation and a stamping technique to produce different samples of WSe2 monolayers on substrates of different dielectric constants. Using a photoemission technique called k-space Photoelectron Emission Microscopy (kPEEM), we measure the electronic band structure of a WSe2 monolayer deposited on these different substrates. A numerical analysis work allows us to quantitatively extract the essential characteristics of the band structure. We indeed note that these characteristics depend on the substrate, via a dielectric screening mechanism induced by the substrate on the electronic states of the monolayer located at a few nanometer distance. We note in particular that we can significantly modify the energies of the valence band in K and in Gamma, which play a key role in the optoelectronic properties of the material. We discuss this effect in light of recent theoretical work and rule out other mechanisms that might be responsible for altering the band structure, such as mechanical strain and charge transfer.
Dans la famille des matériaux 2D, les monocouches de dichalcogénures de métaux de transition, et en particulier, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, sont des semi-conducteurs aux propriétés optoélectroniques exceptionnelles. Ces propriétés sont dues à leur épaisseur nanométrique, et aux conséquences qui en résultent sur leur structure de bandes. Cette influence offre une opportunité unique de contrôler les propriétés optoélectroniques de ces matériaux en modifiant simplement leur environnement diélectrique. Dans ce travail, nous examinons expérimentalement cette influence en exposant une monocouche de WSe2 à différents substrats. Nous utilisons l’exfoliation mécanique et une technique de stamping pour produire différents échantillons de monocouches de WSe2 sur des substrats de différentes constantes diélectriques. À l'aide d'une technique de photoémission appelée k-space Photoelectron Emission Microscopy (kPEEM), nous mesurons la structure de bandes électronique d’une monocouche de WSe2 déposée sur ces différents substrats. Un travail d’analyse numérique nous permet d'extraire quantitativement les caractéristiques essentielles de la structure de bandes. Nous constatons en effet que ces caracteristiques dependent du substrat, via un mécanisme d‘écrantage diélectrique induit par le substrat sur les états electroniques de le manocouche situés à quelque nanomètre de distance. Nous constatons notament que nous pouvons modifer sensiblement l’énergie de la bande de valence en K et en Gamma, qui jouent un role clé dans les propiétés optoélectroniques du matériau. Nous discutons cet effet à la lumière des travaux théoriques récents et excluons d'autres mécanismes qui pourraient être responsables de la modification de la structure de la bande, tels que la contrainte mécanique et le transfert de charge.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03852818 , version 1 (15-11-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03852818 , version 1

Citer

Karl Kloss. influence of the dielectric substrate on the electronic band structure in a monolayer of tmdc. Physics [physics]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. English. ⟨NNT : 2022GRALY045⟩. ⟨tel-03852818⟩

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