본문 바로가기 주메뉴 바로가기
22대 대한민국 국회 국회정보길라잡이 국회의원검색
회원가입 로그인
HOME

정보검색

소장정보 검색

국회도서관 홈으로 정보검색 소장정보 검색
결과 내 검색 동의어 포함
결과 내 검색 동의어 포함

-

목차보기

Title Page

Contents

Abstract 23

Chapter I. Electronic disorders in crystals 25

1. Overview 25

2. Disorders in two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) materials 28

3. Scope of the thesis 30

Chapter II. Disorder-induced magnetism in 2D vdW semiconductors 31

1. Evidence of itinerant holes for long-range magnetic order in WSe₂ semiconductor with vanadium dopants. 31

1.1. Abstract 31

1.2. Introduction 31

1.3. Experimental methods 33

1.4. Results and discussion 35

1.5. Conclusion 54

2. Gate-tunable magnetism via resonant Se-vacancy levels in WSe₂ 55

2.1. Abstract 55

2.2. Introduction 55

2.3. Experimental methods 56

2.4. Results and discussion 58

2.5. Conclusion 72

Chapter III. Atomic-scale control of quantum states of electronic disorders 73

1. Reversible switching of non-volatile bistable defect charge states in monolayer MoS₂ 73

3.1. Abstract 73

3.2. Introduction 73

3.3. Experimental methods 74

3.4. Results and discussion 75

3.5. Conclusion 88

References 89

국문초록 98

List of Figures

Figure 1-1-1. Basic excitation of the valence electron in semiconductor. 25

Figure 1-1-2. Examples of disorders in GaAs. Gallium vacancy (VGa), arsenic interstitial (Asi), arsenic antisite...[이미지참조] 26

Figure 1-1-3. Range of achievable resistivities of silicon by doping. 27

Figure 1-2-1. Two-dimensional van der Waals materials and their heterostructures via stacking or direct growth. 28

Figure 1-2-2. Disorders found in 2D vdW materials. 29

Figure 1-2-3. Coulomb interaction in 3D and 2D systems, respectively. 30

Figure 2-1-1. Structural properties of the bare and V-doped WSe₂. (a) Atomically resolved STM image of the... 36

Figure 2-1-2. STM/S investigations of Sevac. (a) Atomically resolved filled-state STM image of the bare WSe₂ at...[이미지참조] 37

Figure 2-1-3. STEM statistical analysis of native defects in the bare WSe₂. (a) Experimental ADF-STEM images... 38

Figure 2-1-4. STEM statistical analysis of the V substitution and native defects in the 0.3% V doped WSe₂. (a)... 39

Figure 2-1-5. Density estimation of each type of defect through STM. (a) STM images of eight different regions... 40

Figure 2-1-6. Statistical analysis of the electronic structure of the monolayer V-doped WSe₂. (a) Typical... 41

Figure 2-1-7. Band onset determination from a typical dI/dV spectrum. The band gap is defined as the energy... 42

Figure 2-1-8. High-resolution core-level photoemission spectra for bare and 0.3% V-doped WSe₂ on SiO₂/Si... 43

Figure 2-1-9. STM/S investigations on VWs. (a) Typical dI/dV spectra for locations of (red curve), near (orange...[이미지참조] 45

Figure 2-1-10. Linear-scale transport characteristic of (a) bare and (b) 0.3% V-doped WSe₂. Hole carrier... 46

Figure 2-1-11. Raman measurement of 0.3% V-doped WSe₂. (a) Optical image of 0.3% V-doped WSe₂ sample.... 47

Figure 2-1-12. Calculated atomic structures and corresponding total density of states for possible candidates of V... 48

Figure 2-1-15. Carrier-dependent band structure of V-doped WSe₂. Left (right) panel is the band structure with... 51

Figure 2-1-16. Magnetoresistance and hysteresis in the transport characteristics of 0.3% V-doped WSe₂. (a), Field... 53

Figure 2-1-17. Two-probe resistance measurement of bare WSe₂ with a magnetic-field sweep. There is no... 53

Figure 2-1-18. Hysteresis of devices at different gate biases. The clear hysteresis in MR curves is observed at the... 54

Figure 2-2-1. Photocurrent measurement with excitation energies under gate-bias sweep. (a) Illustration of WSe₂... 59

Figure 2-2-2. Vg-Ids transfer characteristics of the WSe₂ FET under dual sweep of gate biases in dark state (blue...[이미지참조] 59

Figure 2-2-3. Temperature-dependent photocurrent measurement. (a) Temperature-dependent photocurrent... 61

Figure 2-2-4. STM/S results of Se-vacancy states in WSe₂ and the corresponding projected electronic density of... 62

Figure 2-2-5. STEM observations of Se vacancies in pristine WSe₂. Single (solid blue dots) and double Se... 63

Figure 2-2-6. STM measurements of O-terminated Se vacancies. At a sample bias of 0.3 V, O-terminated Se... 64

Figure 2-2-7. Determining the U value of W by fitting the experimental data of WS₂ in a previous report [32].... 65

Figure 2-2-8. DFT band structure with different negative charges (0.5e, 1.0e, 1.5e, 2.0e and 2.5e) in the WSe₂... 66

Figure 2-2-9. Magnetic order in energy levels with Se-vacancy in WSe₂ (device 1). (a) Vg-Ids transfer curve (top...[이미지참조] 68

Figure 2-2-10. Laser-power-dependent variations of E₁ and E₂ (device 3). (a) Laser-power-dependent... 69

Figure 2-2-11. Gate-sweep dependent photocurrent as a function of the laser power (under 532 ㎚ laser). Data... 70

Figure 2-2-12. Electronic band structure of the WSe₂ bilayer with one Se vacancy without spin-orbit coupling... 71

Figure 3-1-1. (a) Typical STM image of monolayer MoS₂ grown at high pressure (p＝3 atm). Different types of... 76

Figure 3-1-2. (a) Typical STM image of monolayer MoS₂ grown at ambient pressure. A primary defect is found:... 77

Figure 3-1-3. (a)-(b) Bias-dependent STM images of A- and A0 with Vsample＝0.45 V, 0.20 V, and -1.30 V, obtained...[이미지참조] 78

Figure 3-1-4. (a) dI/dV spectra of the bare surface (black), A0 (orange), and A- (red). Fermi level is denoted as EF....[이미지참조] 79

Figure 3-1-5. Color-coded dI/dV spectra (b) measured across the dotted arrow in (a). Near the A- [triangle in (a)],...[이미지참조] 80

Figure 3-1-6. (a),(b) Schematic illustrations of the defect charge switching (A- to A0 or vice versa). (c) STM image...[이미지참조] 81

Figure 3-1-7. Pulse-induced (Vpulse＝-2.5 V) A- to A0 (a) and A0 to A- (b) switching events. Orange (red) triangles...[이미지참조] 82

Figure 3-1-8. (a) Lateral displacement and (b) removal of A- during the charge switching process. Pristine atomic...[이미지참조] 83

Figure 3-1-9. Variation of the observed morphologies of defects. During the scanning, or especially switching... 83

Figure 3-1-10. Schematic band structure (a) and typical dI/dV spectrum at VB side (b) of A- with the same energy...[이미지참조] 84

Figure 3-1-11. (a),(b) Variable Z (∂I/∂V)I spectra of the bare surface at valence band (VB) and conduction band...[이미지참조] 85

Figure 3-1-12. Number density of the primary defects of MoS₂ grown at p＝1 and 3 atm, respectively, estimated... 87

Figure 3-1-13. Minority defects in MoS₂ (p＝3 atm). (a) STM image showing minority defects 1, 2, and 3, as... 88

초록보기

본 논문은 주사 터널 현미경을 활용하여 원자 수준에서의 전기적 무질서의 조사와 조작에 초점을 맞추고 있다. 결정은 구성 원자들의 이산 병진 대칭에 의해 정의된다. 결정에 도입된 무질서는 이 병진 대칭을 깨뜨리며, 따라서 결정 본래의 물리적 특성에 큰 차이를 가져온다. 종종, 무질서는 결정의 수송 및 광학 특성을 조절하기 위해, 또는 원래 존재하지 않았던 자기적 특성을 실현하기 위해 의도적으로 결정에 도입된다. 저차원 물질의 등장 이후, 물질과 소자의 크기가 나노 수준으로 줄어들면서, 이러한 무질서는 물성을 지배하는 요소가 되었다. 따라서, 무질서가 결정에 미치는 영향을 정확하게 조사하는 것은 중요하다. 주사 터널 현미경은 양자 현상인 터널링을 이용하여, 에너지 공간에서의 시료 표면의 상태 밀도를 조사한다. 이는 결정 내의 전기적 무질서들을 원자 수준에서 연구할 수 있는 효과적인 도구이다. 실험 상황이 잘 제어된다면, 때때로 그러한 무질서들을 조작하여 다른 방법으로는 거의 볼 수 없는 물리적 현상을 관측할 수 있기도 하다.

첫 번째 장에서는 결정의 무질서가 결정에 미치는 잠재적인 영향에 대한 기본적인 개념을 다룬다. 주사 터널 현미경의 작동 원리 또한 간략하게 다룬다.

두 번째 장에서는 2차원 반데르발스 반도체의 결함에 의한 자성을 다룬다. V 치환 도펀트는 화학 기상 증착에 의해 단층 WSe₂ 반도체에 도입된다. 그들이 단층 WSe₂의 원자가밴드 가까이에 갭 상태를 생성하기 때문에 홀 도핑 효과가 있는 것이 확인된다. 범 밀도 함수론 계산 및 소자 측정과 함께, V 도핑된 단층 WSe₂에서의 장거리 자기 질서는 교환 상호작용을 매개하는 자유 홀들에 기초한 Zener 형 강자성에 기원을 두고 있다고 제안한다. 메꿔지지 않은 Se 결함의 갭 상태에서 비롯된 WSe₂의 새로운 광 전류 현상도 다뤄진다.

세 번째 장에서는 원자 수준에서의 결함 조작에 대해 다룬다. 단층 MoS₂에서 이중 결함 전하의 가역적 전환이 시연된다. 전하 전환은 결함의 갭 상태를 생성하거나 제거합니다. 반도체에서 하전된 결함의 가려진 쿨롱 장은 밴드 가장자리 근처에서 일련의 갭 상태를 유도한다. 이러한 결함은 수소 모델과 유사하게 설명된다. 결함이 충전했을 때 Rydberg 시리즈를 만족시키는 특징적인 에너지 스펙트럼을 갖는 것으로 나타났으며, 이는 이차원 수소 모델로 잘 설명된다.

마지막으로 논문의 전체 내용과 중요성을 요약한다.

추천서가 (다양한 추천 자료를 만나보세요)

권호기사보기

권호기사 목록 테이블로 기사명, 저자명, 페이지, 원문, 기사목차 순으로 되어있습니다.
기사명 저자명 페이지 원문 기사목차