Detailná analýza kryštálov 2D materiálov MoTe2

Ditelurid molybdénu (MoTe₂) patrí do veľkej skupiny materiálov s vrstevnatou štruktúrou, ktoré sú často označované ako 2D materiály. To znamená, že ich vlastnosti (napríklad elektrické) sa výrazné menia, keď je materiál extrémne tenký a skladá sa len z pár atomárnych rovín uložených na sebe. Táto vlastnosť odlišuje vrstevnaté materiály od objemových.

MoTe₂ sa vyskytuje v niekoľkých rôznych kryštalických štruktúrach. Každá z týchto štruktúr má odlišné elektronické vlastnosti: hexagonálne MoTe₂ je polovodič, monoklinické je polokov a ortorombická štruktúra je kovová. Tieto ich vlastnosti môže byť ovplyvnené rôznymi externými vplyvmi ako napr. zmena teploty, tlaku, a externé elektrické pole. Preto tieto materiály (a tenké vrstvy z nich pripravené) môžu byť využívané v elektronike ako senzory, detektory, pamäte alebo aj ako solárne články. Z týchto dôvodov je užitočné poznať detailnú kryštalickú štruktúru tenkých vrstiev a spôsob, ako sa sú usporiadané po depozícii na podložku.

Naši kolegova nedávno publikovali prácu, v ktorej skúmali tenké vrstvy MoTe₂ s hrúbkou 10-40 nm narastených na zafírovej podložke s dvoma rôznymi štruktúrami: hexagonálnou a monoklinickou. Tieto vrstvy sme skúmali pomocou röntgenovej difrakčnej analýzy (XRD). Experimentálne to znamená, že rtg lúče dopadajúce na vzorku difraktujú v špecifických smeroch daných symetriou kryštalickej mriežky a medziatómovými vzdialenosťami vo vzorke. Difraktované lúče dopadajú na detektor, kde vzniká „odtlačok“ štruktúry skúmaného materiálu. Difrakčný obrazec je charakteristický pre ten-ktorý materiál a umožňuje nielen popis, ale aj úplné odhalenie jeho štruktúry. Pri analýze sme využili 2 rôzne komplementárne techniky RTG analýzy: štandardné XRD a širokouhlový rozptyl pri malom uhle dopadu (GIWAXS). Štandardné XRD poskytuje presné hodnoty mriežkových parametrov a orientáciu vzorky na substráte. GIWAX technika dáva celkový obraz o dostupných difrakciách v reciprokom priestore, pretože využíva plošný detektor. Ukázalo sa, že zafírová podložka „vnútila“ svoju symetriu MoTe₂ vrstvám, ako ukazujú tzv. pólové obrazce, ktorých symetria odráža symetriu podložky (obr.1). Analýzu štruktúry môže komplikovať aj prekrytie blízkych, avšak nie rovnakých difrakcií pochádzajúcich od rôzne natočených monokryštalických domén v tenkej vrstve. Tieto difrakcie sú vzhľadom na prítomnosť šiestich súborov monokryštalických domén pootočených o násobky uhla 60° a, kvôli nedostatočnému uhlovému rozlíšeniu, ťažko odlíšiteľné v GIWAXS obrazci (obr. 1). Riešenie poskytlo difrakčné meranie s vysokým rozlíšením . V špeciálnej, tzv. 2θ/χ mape (obr. 2), je možné dobre rozpoznať prítomnosť dvoch difrakcií, čo potvrdzuje vznik monoklinickej fázy MoTe₂.

 

Pribusová Slušná, L., Vegso, K., Dobročka, E., Vojteková, T., Nádaždy, P., Halahovets, Y., Sojková, M., Hrdá, J., Precner, M., Šiffalovič, P., Chen, Z., Huang, Y., Ražnjević, S., Zhang, Z., and Hulman, M.: Ordered growth of hexagonal and monoclinic phases of MoTe₂ on a sapphire substrate, CrystEngComm 25 (2023) 5706-5713.