Qualitative analysis of differences in the physical properties of few-layer quasi-2D crystals

Editorial Board PCSS Journal; Б. А. Лукіянець; Д. В. Матулка

doi:10.15330/pcss.27.1.158-164

Автор(и)

Б. А. Лукіянець Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
Д. В. Матулка Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.1.158-164

Ключові слова:

квазі-2D кристал, енергетична щілина, електронний спектр, інтеркаляція

Анотація

Квазі-2D кристали (графіт, шаруваті кристали А₃В₆, перехідні метали тощо) мають низку унікальних властивостей, які можуть значно змінюватися під впливом зовнішніх факторів, інтеркаляції тощо. Це пояснює інтерес до таких кристалів як з точки зору фундаментальних досліджень, так і з точки зору практичного застосування. Технологічні можливості отримання кількашарових фрагментів квазі-2D кристалів стали ще одним способом досягнення властивостей, нехарактерних об'ємним матеріалам. У пропонованій роботі представлено узагальнену модель кількашарових фрагментів, яка якісно висвітлює фактори, що відповідають за відмінності між об'ємними квазі-2D зразками та їх кількашаровими аналогами. Висновки моделі якісно узгоджуються з експериментальними та теоретичними результатами, опублікованими іншими авторами. У роботі також розглядається вплив зовнішніх факторів на фізичні властивості зразків з різною товщиною шарів.

Посилання

A. K. Geim, K. S. Novoselov, The rise of graphene, Nature Materials, 6, 183 (2007); https://doi.org/10.1038/nmat1849.

P. Esquinazi, Basic Physics of Functionalized Graphite, Springer Series in Materials Science 244 (2016); https://doi.org/10.1007/978-3-319-39355-1.

S. K. Tiwari, S. Sahoo, N. Wang, A. Huczko, Graphene research and their outputs: Status and prospect, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 5, 10 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2020.01.006.

C. N. R. Rao, K. Gopalakrishnan, A. Govindaraj, Synthesis, properties and applications of graphene doped with boron, nitrogen and other elements, Nano Today, 324 (2014); https://doi.org/10.1016/j.nantod.2014.04.010.

V. Kumar, A. Kumar, D.-J. Lee, S.-S. Park, Estimation of Number of Graphene Layers Using Different Methods, Materials, 14, 4590 (2021); https://doi.org/10.3390/ma14164590.

G. W. Semenoff, Condensed-matter simulation of a three-dimensional anomaly, Phys. Rev. Lett., 53, 2449 (1984); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.53.2449.

X. Duan, H. Zhang, Introduction: Two-Dimensional Layered Transition Metal Dichalcogenides, Chemical Reviews, 124, 10619 (2024); https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.4c00586.

P. Joensen, R. Frindt, S. R. Morrison, Single-layer MoS₂, Mater. Res. Bull., 21, 457 (1986); https://doi.org/10.1016/0025-5408(86)90011-5.

R. Frindt, Single crystals of MoS₂ several molecular layers thick, J. Appl. Phys., 37, 1928– (1966); https://doi.org/10.1063/1.1708627.

W. Zhou et al., Intrinsic Structural Defects in Monolayer Molybdenum Disulfide, Nano Letters, 13, 2615 (2013); https://doi.org/10.1021/nl4007479.

A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Gall, F. Wang, Emerging Photoluminescence in Monolayer MoS₂, Nano Letters, 15, 1271 (2010); https://doi.org/10.1021/nl903868w.

K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, T. F. Heinz, Atomically Thin MoS₂: A new direct-gap semiconductor, Phys. Rev. Lett., 105, 136805 (2010); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.136805.

L. Zheng, X. Wang, H. Jiang, M. Xu, W. Huang, Z. Liu, Recent progress of flexible electronics by 2D transition metal dichalcogenides, Nano Research, 15, 2413 (2022); https://doi.org/10.1007/s12274-021-3779-z.

C. Song, S. Huang, C. Wang, J. Luo, H. Yan, The optical properties of few-layer InSe, J. Appl. Phys., 128, 060901 (2020); https://doi.org/10.1063/5.0018480.

J. Bastard, A. Brum, R. Ferreira, Electronic states in semiconductor heterostructures, Solid State Physics, 44, 230 (1991); https://doi.org/10.1016/S0081-1947(08)60092-2.

Y. Zhang, Y. Wang, Energy band analysis of MQW structures in the Kronig–Penney model, J. Modern Physics, N4, 568 (2013); https://doi.org/10.4236/jmp.2013.47130.

R. L. Liboff, Introductory Quantum Mechanics, 4th ed., Addison-Wesley, Boston (2003).

A. Budweg, D. Yadav, A. Grupp et al., Control of excitonic absorption by thickness variation in few-layer GaSe, Phys. Rev. B, 100, 045404 (2019); https://doi.org/10.48550/arXiv.1712.06330.

D. Maeso, S. Pakdel, H. Santos, N. Agraït, J. J. Palacios, E. Prada, G. Rubio-Bollinger, Strong modulation of optical properties in rippled 2D GaSe via strain engineering, Nanotechnology, 30 (2019); https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab0bc1.

A. Kuc, N. Zibouche, Th. Heine, Influence of quantum confinement on the electronic structure of the transition metal sulfide TS₂, Phys. Rev. B, 83, 245213 (2011); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.245213.

D. Andres-Penares, A. Cros, J. P. Martinez-Pastor, J. F. Sanchez-Royo, Quantum size confinement in gallium selenide nanosheets: band gap tunability versus stability limitation, Nanotechnology, 28 (2017); https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa669e.

M. Usman, S. Golovynskyi, D. Dong, Y. Lin, Z. Yue, M. Imran, B. Li, H. Wu, L. Wang, Raman Scattering and Exciton Photoluminescence in Few-Layer GaSe: Thickness- and Temperature-Dependent Behaviors, J. Phys. Chem. C, 126 (25), 10459 (2022); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c02127.

X. Zhou, M. Yan, M. Dong, D. Ma, X. Yu, J. Zhang, Y. Zhao, S. Wang, Phase stability and compressibility of 3R-MoN₂ at high pressure, Scientific Reports, 9, 10524 (2019); https://doi.org/10.1038/s41598-019-46822.

A. Segura, Layered indium selenide under high pressure, Crystals, 8, 206 (2018); https://doi.org/10.3390/cryst8050206.

S.A. Safran, Stage Ordering in Intercalation Compounds, Solid State Physics, 40, 183 (1987); https://doi.org/10.1016/S0081-1947(08)60692-X.

H. Wang, M. Xu, H. Ji, T. He, W. Li, L. Zheng, X. Wang, Laser-assisted synthesis of two-dimensional transition metal dichalcogenides: a mini review, Front. Chem., 11, 1195640 (2023); https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1195640.

A. Bosak, M. Krisch, M. Mohr, J. Maultzsch, C. Thomsen, Elasticity of single-crystalline graphite: Inelastic X-ray scattering study, Phys. Rev. B, 75, 153408 (2007); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.153408.

F. R. Gamble, J. H. Osiecki, M. Cais, R. Pisharody, F. J. DiSalvo, T. H. Geballe, Intercalation Complexes of Lewis Bases and Layered Sulfides: A Large Class of New Superconductors, Science, 174 (4008), 493–497 (1971); https://doi.org/10.1126/science.174.4008.493.