Atomic force microscopy experiments on atomically thinmaterials
Atomik incelikteki malzemelerde atomik kuvvet mikroskobu deneyleri
- Tez No: 633275
- Danışmanlar: DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
2004'te, grafenin başarılı izolasyonu atomik ölçekteki kalınlığı ve egzotik fonksiyonalite nedeniyle bilim insanlarının dikkatini çekti. Grafenin kalınlığı ve sıra dışı özellikleri ne olursa olsun bu materyalin elektronik uygulamalarda kullanılamamasının tek nedeni bant genişliğinin olmamasıdır. Fakat, grafenin bant genişliği çeşitli kusurlar oluşturularak veya elektrik alan uygulayarak açılabilir ama bu kusurlar grafenin fonksiyonelliğini etkileyebilir. Bu nedenle dünya, grafenin yeni analoğu olan kalınlığa bağlı bant genişliği değişebilen ve modern fizik ve elektronik uygulamarına aday olan geçiş metali dikalkojenitleri (TMDC'lere) doğru yöneldi. Elektronik özelliklerinin yanında, bu TMDC'ler konvansiyonel hacimsel akranlarına kıyasla mükemmel mekanik özellikler (kırılma kuvveti, düzlemsel elastik modül, başlangıç gerginliği) gösteriyorlar. Bu çalışmanın amacı atomik kalınlıktaki materyallerin mekanik özelliklerinin ve iş fonksiyonlarının Asylum Atomik Kuvvet Mikroskopunun (AKM) Kelvin Prob Kuvvet Mikroskobu (KPKM) ve nanoindentasyon modları ile araştırılmasıdır. İlk olarak, KPKM deneyleri CVD ile büyütülmüş Vanadyum Sesquioksit (V2O3) üstünde yüzey potansiyelini haritalandırmak için gerçekleştirildi ve iş fonksiyonlarının 4.91 eV olarak hesaplandı. Bu, bant hizalanmasının, kontak direncinin ve Schottky bariyer yüksekliğinin V2O3 iş fonksiyonuna yakın metal kontaklar seçilerek anlaşılmasına yardımcı olacak. İkinci olarak, biz AKM tabanlı nanoindentasyon kullanarak ilk defa metalik TMDC'lerin (dairesel delikler üstünde askıda bırakılan çeşitli kalınlıklardaki 2H-TaS2, 3R-NbS2, 1T-TaTe2 and 1T-NbTe2) elastik özelliklerini raporladık. 2H-TaS2 üstünde geniş çaplı ölçümler yapıldı ve kalınlıktan bağımsız Young modülü 114±14 GPa, kırılma kuvveti 12.6±2.6 GPa büyüklüğüne karşılık gelen 11% esneme değeri ve 0.22 nihai esneme bulundu. Aynı mekanik özellikler diğer üç materyal için de araştırıldı ve onlar da grafen hariç 2D malzemelere kıyasla olağanüstü elastisite ve yüksek esneme değerleri gösterdiler. Metalik malzemelerin mekanik açıdan analiz edilmesi, gelecekteki esnek nanoteknolojik aygıtların (piezoelektronik cihazlar gibi), giyilebilir elektronik cihazların, elektronik dirençli kaplamaların, nanoelektromekanik sistemlerin (NEMS) ve gerilim sensörleri gibi teknolojilerin gelişmesine katkıda bulunacaktır.
Özet (Çeviri)
In 2004, successful isolation of graphene attracted immense attention of scientists because of atomic scale thickness and exotic functionalities. Regardless of graphene's thickness and extraordinary properties only reason that limits the usage of graphene in electronics is no band gap. But there is a way to open band gap of graphene by introducing defects or applying electric field but defects introduction can affect its functionality. So, world moved towards transition metal dichalcogenides (TMDCs), new analogs of graphene with thickness dependent band gap option are promising nominee for potential applications in modern physics and electronics. Besides electronic properties, TMDCs depict excellent mechanical characteristics (in plane elastic modulus, breaking strength/strain and pretension) compared to conventional volumetric counterparts. The objective of this study is to investigate work function and mechanical properties of atomically thin materials using Kelvin probe force microscopy (KPFM) and Nanoindentation modes of Asylum Atomic Force Microscopy (AFM) respectively. Firstly, KPFM experiments were performed on CVD grown Vanadium Sesquioxide V2O3 to map surface potential variation and calculated work function value 4.91 eV. This will help in understanding band alignment, contact resistance and appropriate Schottky barrier height (SBH) by choosing metal contacts with closer work function to V2O3. Secondly by using AFM based nanoindentation we first time reported elastic features of metallic TMDCs: 2H-TaS2, 3R-NbS2, 1T-TaTe2 and 1T-NbTe2 with various thickness values suspended over circular holes. Comprehensive measurement was done on 2H-TaS$_{2}$ and found thickness independent Young's modulus for 2H-TaS2 is 114±14 GPa, breaking strength 12.6±2.6 GPa corresponds to nominal strain of 11% and ultimate strain of 0.22. Same mechanical features were investigated for other three materials and they also manifested extreme elasticity and high strain values compare to other 2D materials reported so far except graphene. This mechanical analysis of metallic materials will contribute in future flexible nano technological devices (for instance piezo electronics), wearable electronics, resistive coatings in electronic devices, nanoelectromechanical systems (NEMS) and strain sensors
Benzer Tezler
- Investigation of structural lubricity on platinum nanoparticles under ambient conditions
Platin nanoparçacıkların ortam koşullarında yapısal kayganlığının araştırılması
ALPER ÖZOĞUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
İhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Investigation of effect on different organic solvent on solid supported lipid bilayer via atomic force microscopy
Farklı organik çözücülerin yüzey destekli lipit katmanlar üzerine etkilerinin atomik kuvvet mikroskobu ile araştırılması
SÜLEYMAN ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Structure and nanotribology of thermally deposited gold nanoparticles on graphite
Isıl buharlaştırma ile elde edilmiş altın nano parçacıkların yapısal ve nanotribolojik karakterizasyonu
EBRU CİHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
İhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
Yükleniyor...
- Analysis of thermal drift in atomic force microscopy and design of compensating MEMS-based micro-stage
Atomik kuvvet mikroskobunda gözlenen ısıl sapmanın analizi ve sapma önleyici mikro-yapı tasarımı
SELİN TOLUNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Boğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Atomic resolution imaging and force spectroscopy of silicon surfaces with atomic force microscopy
Silikon yüzeyinin atomik kuvvet mikroskopisi ile atomik çözünürlükte görüntülenmesi ve kuvvet spektroskopisi
HAKAN ÖZGÜR ÖZEN