이차원(2D) 반데르발스 층상 물질은 두께 감소로 인한 양자 제한 효과에 의해 새로운 이차원 시스템을 구현할 수 있다. 특히 고유 위상학적 특성에 의해 양자 스핀액체, 양자 스핀홀 효과 등 고유한 양자 상태를 가지며, 강자성/강유전체, 전하밀도파, 모트절연체, 초전도성, 열전성 등 기존 ...
이차원(2D) 반데르발스 층상 물질은 두께 감소로 인한 양자 제한 효과에 의해 새로운 이차원 시스템을 구현할 수 있다. 특히 고유 위상학적 특성에 의해 양자 스핀액체, 양자 스핀홀 효과 등 고유한 양자 상태를 가지며, 강자성/강유전체, 전하밀도파, 모트절연체, 초전도성, 열전성 등 기존 3 차원 소재에서도 발현되는 다양한 현상들도 보이고 있다.
이러한 특성을 제어하기 위해 여러 가지 새로운 방법론이 제안되었다. 예를 들어, 기계적 박리는 새로운 특성을 가진 적층 구조의 합성을 가능하게 했을 뿐만 아니라 뒤틀린 이중층을 적층하여 만들어진 모아레 초격자 구조를 합성할 수 있다. 물리적 변형이나 응력에 의한 격자 상수의 변형, 밴드갭 변화 및 층간 결합 효과를 야기시키기 위한 층수 제어를 통한 두께의 변화, 또한 게이트 전압(게이트) 또는 화학적 치환, 표면 도핑(원자 흡착)에 의한 효과적인 전하 캐리어 도핑 등의 2 차원 반데르발스 시스템에서 연구되고 있다.
본 논문에서, 전자 구조의 관점에서 연구한 위상 반데르발스 물질 및 열전 물질의 물리적 특성 제어와 이들의 미래 소자 응용 가능성에 대한 연구를 이야기 하고자 한다. 첫번째로, SnSe 는 이차원 열전 물질로 결함 및 외부 원자 흡착을 통해 전하 운반자가 효과적으로 제어 될 수 있으며, 특히 3 차원 반도체 소자와 달리 계면 결이 없는 p-n 접합 제작을 가능하게 해주었다. 이는 원자 수준의 얇은 두께와 높은 전하 이동성으로 인해 성능이 크게 향상된 열전 소자로써의 응용 가능성을 제시한다. 두번째로는 NbIrTe4 는 이차원 바일 반금속으로 고유한 격자 대칭성으로 인해 베리곡률쌍극자를 가지며, 이는 비선형 변칙 홀 효과를 유도한다. 이 독특한 물리적 특성은 전자 구조에 의해 제어되며, 이는 바일 준금속 기반의 메모리 소자 및 에너지 하베스팅을 위한 고효율 정류기의 응용 가능성을 제시한다.
이차원(2D) 반데르발스 층상 물질은 두께 감소로 인한 양자 제한 효과에 의해 새로운 이차원 시스템을 구현할 수 있다. 특히 고유 위상학적 특성에 의해 양자 스핀액체, 양자 스핀홀 효과 등 고유한 양자 상태를 가지며, 강자성/강유전체, 전하밀도파, 모트절연체, 초전도성, 열전성 등 기존 3 차원 소재에서도 발현되는 다양한 현상들도 보이고 있다.
이러한 특성을 제어하기 위해 여러 가지 새로운 방법론이 제안되었다. 예를 들어, 기계적 박리는 새로운 특성을 가진 적층 구조의 합성을 가능하게 했을 뿐만 아니라 뒤틀린 이중층을 적층하여 만들어진 모아레 초격자 구조를 합성할 수 있다. 물리적 변형이나 응력에 의한 격자 상수의 변형, 밴드갭 변화 및 층간 결합 효과를 야기시키기 위한 층수 제어를 통한 두께의 변화, 또한 게이트 전압(게이트) 또는 화학적 치환, 표면 도핑(원자 흡착)에 의한 효과적인 전하 캐리어 도핑 등의 2 차원 반데르발스 시스템에서 연구되고 있다.
본 논문에서, 전자 구조의 관점에서 연구한 위상 반데르발스 물질 및 열전 물질의 물리적 특성 제어와 이들의 미래 소자 응용 가능성에 대한 연구를 이야기 하고자 한다. 첫번째로, SnSe 는 이차원 열전 물질로 결함 및 외부 원자 흡착을 통해 전하 운반자가 효과적으로 제어 될 수 있으며, 특히 3 차원 반도체 소자와 달리 계면 결이 없는 p-n 접합 제작을 가능하게 해주었다. 이는 원자 수준의 얇은 두께와 높은 전하 이동성으로 인해 성능이 크게 향상된 열전 소자로써의 응용 가능성을 제시한다. 두번째로는 NbIrTe4 는 이차원 바일 반금속으로 고유한 격자 대칭성으로 인해 베리 곡률 쌍극자를 가지며, 이는 비선형 변칙 홀 효과를 유도한다. 이 독특한 물리적 특성은 전자 구조에 의해 제어되며, 이는 바일 준금속 기반의 메모리 소자 및 에너지 하베스팅을 위한 고효율 정류기의 응용 가능성을 제시한다.
Van der Waals layered materials are an ideal platform to realize novel physical phenomena that emerge in a two-dimensional (2D) limit. In particular, 2D systems based on the van der Waals materials can exhibit not only exotic quantum states, such as quantum spin liquid and quantum spin Hall effect, ...
Van der Waals layered materials are an ideal platform to realize novel physical phenomena that emerge in a two-dimensional (2D) limit. In particular, 2D systems based on the van der Waals materials can exhibit not only exotic quantum states, such as quantum spin liquid and quantum spin Hall effect, that originate from their unique topological properties, but also intriguing physical properties that exist in their three-dimensional (3D) counterparts, such as ferromagnetism, ferroelectricity, charge density wave, Mott-insulator, superconductivity, thermoelectric effect, etc.
To manipulate these properties, a number of new methodologies have been proposed: mechanical exfoliation enables to stack 2D crystals with different physical properties leading to the realization of new physical properties that do not exist when each 2D crystals stand alone; mechanical strain/stress and thickness control lead to the engineering the band gap and interlayer coupling; gating, chemical substitution, and atomic adsorption tune charge carrier concentration, a key factor to manipulate physical properties of a solid material.
In this dissertation, the electronic properties of topological and thermoelectric van der Waals materials have been explored utilizing angle-resolved photoemission spectroscopy and Hall effect measurement system not only to understand their fundamental electronic properties, but also to propose their potential device applications. First, SnSe is a two-dimensional thermoelectric material, in which charge carriers are effectively controlled by introducing defects and depositing external atoms on the surface. The 2D nature of SnSe makes it possible to realize a p-n junction without interfacial defects, i.e., single atomic layer of n-type semiconductor on top of the p-type bulk semiconductor that are separated by atomically thin interface via the van der Waals interaction, that differentiates itself from the micrometer scale depletion layer in conventional devices based on 3D semiconductors. Second, NbIrTe4 is a 2D Weyl semimetal that exhibits the Berry curvature dipole (BCD) that is modulated by the Fermi energy. This exotic property is responsible for the non-linear anomalous Hall effect that is tuned by temperature, which opens up potential applications for memory devices and high-efficiency rectifiers.
Van der Waals layered materials are an ideal platform to realize novel physical phenomena that emerge in a two-dimensional (2D) limit. In particular, 2D systems based on the van der Waals materials can exhibit not only exotic quantum states, such as quantum spin liquid and quantum spin Hall effect, that originate from their unique topological properties, but also intriguing physical properties that exist in their three-dimensional (3D) counterparts, such as ferromagnetism, ferroelectricity, charge density wave, Mott-insulator, superconductivity, thermoelectric effect, etc.
To manipulate these properties, a number of new methodologies have been proposed: mechanical exfoliation enables to stack 2D crystals with different physical properties leading to the realization of new physical properties that do not exist when each 2D crystals stand alone; mechanical strain/stress and thickness control lead to the engineering the band gap and interlayer coupling; gating, chemical substitution, and atomic adsorption tune charge carrier concentration, a key factor to manipulate physical properties of a solid material.
In this dissertation, the electronic properties of topological and thermoelectric van der Waals materials have been explored utilizing angle-resolved photoemission spectroscopy and Hall effect measurement system not only to understand their fundamental electronic properties, but also to propose their potential device applications. First, SnSe is a two-dimensional thermoelectric material, in which charge carriers are effectively controlled by introducing defects and depositing external atoms on the surface. The 2D nature of SnSe makes it possible to realize a p-n junction without interfacial defects, i.e., single atomic layer of n-type semiconductor on top of the p-type bulk semiconductor that are separated by atomically thin interface via the van der Waals interaction, that differentiates itself from the micrometer scale depletion layer in conventional devices based on 3D semiconductors. Second, NbIrTe4 is a 2D Weyl semimetal that exhibits the Berry curvature dipole (BCD) that is modulated by the Fermi energy. This exotic property is responsible for the non-linear anomalous Hall effect that is tuned by temperature, which opens up potential applications for memory devices and high-efficiency rectifiers.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.