hrvatski

Ispitivanje niskoenergetskih Ramanovih modova u dvodimenzionalnim materijalima

Još od izoliranja jednoslojnog (1L) grafena 2004. godine [1], dvodimenzionalni (2-D) slojeviti materijali su jedna od najistraživanijih klasa materijala. Grafen je materijal sačinjen od jedne ravnine ugljikovih atoma koji su međusobno povezani kovalentnom vezom, a unutar višesloja ravnine grafena su povezane slabim van der Waalsovim silama. Iako su potencijalne primjene grafena raznovrsne, nepostojanje energijskog procijepa ograničava njegovu primjenu u elektronici, primjerice u proizvodnji tranzistora koji bi zamijenili današnje silicijeve. Kao potencijalni kandidati nameću se materijali koji imaju poluvodička svojstva poput dihalkogenida prijelaznih metala. Njihova općenita formula je MX2 te se jedan sloj takvog materijala sastoji od tri ravnine X-M-X gdje X predstavlja halkogeni atom (S, Se ili Te) dok je M atom prijelaznog metala (Mo ili W). Osim tzv. homostruktura, struktura koje su sačinjene od jedne vrste materijala, primjerice MoS2 ili WS2, moguće je sintetizirati i van der Waalsove heterostrukture - strukture nastale kombinacijom različitih 2-D materijala. Takvi hibridni materijali imaju nova, kombinirana i sinergijska svojstva svojih sastavnih dijelova te je stoga potrebna univerzalna neinvazivna tehnika određivanja vrste materijala, njegove debljine, relativne orijentacije kristalnih osi susjednih slojeva itd. Tehnika koja odgovara takvim zahtjevima je Ramanova spektroskopija kojom se proučavaju vibracije kristalne rešetke materijala. Posebno je zanimljiv niskoenergetski dio spektra koji je direktna posljedica načina titranja jednog sloja kao cjeline u odnosu na susjedne slojeve. Niskoenergetski Ramanovi modovi obuhvaćaju dvije vrste titranja: smicanje slojeva - slojevi titraju u protufazi duž ravnine prostiranja, te disanje slojeva - slojevi titraju duž z-osi koja je okomita na ravninu prostiranja materijala i na taj način se ili približavaju ili odmiču jedan od drugog. Pokazalo se da su upravo ti niskoenergetski Ramanovi modovi puno učinkovitiji u određivanju broja slojeva, načina njihovog slaganja te interakcije. Niskoenergetski Ramanovi modovi imaju znantno manji intenzitet u odnosu na visokoenergetske, a blizina jake Rayleigheve linije čini njihovo opažanje još izazovnijim i zahtjevnijim. Razvojem spektroskopskih metoda, danas smo u mogućnosti eksperimentalno opaziti i ove niskoenergetske Ramanove modove. U ovom radu je nadograđen postojeći eksperimentalni postav odgovarajućim filterima koji su omogućili snimanje niskoenergetskih Ramanovih modova raznih materijala: mehanički eksfoliranih uzoraka grafita i WSe2 te uzoraka dobivenih CVD metodom MoS2 i WS2, a nakon toga je napravljena i analiza dobivenih spektara. Uočeno je da u slučaju grafitnih i WS2 uzoraka niskoenergetski dio Ramanovih spektara nema uočljivih razlika za različite debljine slojeva. Uzrok tomu je preveliko pobuđivanje nositelja naboja u Si/SiO2 podlozi u slučaju grafitnih uzoraka, dok je kod WS2 riječ o rezonantnom Ramanovom raspršenju: energija lasera pobudne valne duljine 532 nm je slična energiji apsorpcijskog B ekscitona koji zasjenjuje slabe modove smicanja i disanja slojeva. U druga dva materijala, MoS2 te WSe2 su uočeni teorijski predviđeni rezultati: frekvencija moda smicanja se povećava s porastom debljine materijala dok se frekvencija moda disanja slojeva smanjuje s porastom debljine materijala. Kao komplementarna metoda određivanja broja slojeva materijala korišten je i mikroskop atomskih sila - AFM koji je za CVD naraštane uzorke (MoS2 i WS2) dao rezultate približne teorijskim, dok su za eksfolirane uzorke debljine materijala bile veće zbog prisutnosti nečistoća na podlozi te zbog stvaranja mjehurića vodene pare ili zraka prilikom mehaničkog eksfoliranja materijala.

2-D materijali ; niskoenergetski Ramanovi modovi ; mod smicanja slojeva ; mod disanja slojeva

nije evidentirano