Real time optical observation of the synthesis of novel 2D materials and investigation of their fundamental properties
Yeni 2D malzemelerin sentezinin gerçek zamanlı optik gözlemi ve temel özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 665450
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 171
Özet
İki boyutlu geçiş metali kalkojenleri(GMK), üstün fiziksel ve kimyasal özellikleri ile çeşitli uygulama potansiyeline sahiptirler. Günümüzde bu malzemelerin elde edilmesinde birincil odak noktası, mevcut yarı iletken teknolojisiyle uyumlu işlemleri kullanan tekrarlanabilir ve yüksek verimli sentezleridir. Halihazırda, geniş alanlı ve yüksek kalitede iki boyutlu malzemeler hazırlamak için, kimyasal buhar biriktirme (KBB), yaygın yaklaşımlar arasında en umut verici yöntem olarak kabul edilmektedir. Ancak, büyüme esnasında gerçek zamanlı olarak büyütme bilgisinin eksikliği, geleneksel KBB sistemlerini yüksek sıcaklık olaylarının incelenmesinde kullanışsız kılmaktadır. Bu tezde, kristal büyümesinin gerçek zamanlı optik gözlemine ve kontrolüne olanak sağlayan yeni bir KBB haznesi geliştirdik. Gerçek zamanlı optik KBB, kısaca GZO-KBB olarak adlandırdığımız bu yeni KBB yöntemini kullanarak, GMDC'lerin tuz destekli sentezinde ve dikey/yatay heteroyapılarında devreye giren mekanizmaları ayrıntılarıyla inceledik. WSe2 tek katmanlı büyümesinin doğrudan görüntülenmesiyle, hem buhar-katı-katı hem de buhar-sıvı-katı büyüme yollarının karşılıklı etkileşim içinde olduğunu saptadık. Ardından, V2O3 ve K-MnO2 nanosheet gibi yeni iki boyutlu malzemeleri sentezlemeye odaklandık. İki boyut karakteristiği ile metal-yalıtkan geçişi (MYG) ve süperkritik durum gibi sıradışı elektriksel ve fiziksel özellikleri üzerine çalışmamızı sağlayan yüksek kalite tek kristalli V2O3 nanoplatlarını sentezlemeyi başardık. Hem büyütülmüş hem de aktarılmış V2O3 kristallerinin elektriksel özellikleri, V2O3 faz-kararlılık şemasına göre incelendi. Seçili alan elektron kırınımı (SAEK) deneylerinde, elektron ışın ısıtması üzerinden yeni kristal yapılarının oluşumunu gözlemledik ve bunu yüksek sıcaklık Raman spektroskopisi aracılığıyla süperkritik durumla ilişkilendirdik. Son olarak, geniş alanlı, ultra-ince katmanlı MnO2 kristallerini, sentez sırasında anlık olarak potasyum iyonları ekleyerek sunduk. İki boyutlu K-MnO2 cihazlarındaki yük aktarımında, ara katmanda hidratlanmış K iyonlarının hareketi ile düzlem içi iyonik iletkenliğin baskın olduğu gösterildi. K-MnO2 kristalleri, potasyumun elektriksel ve optik modülasyonuna ve ara tabaka su konsantrasyonuna dayalı bir optik kontrast değişiminin eşlik ettiği tersine çevrilebilir katmandan spinele faz geçişi sergiledi. K-MnO2 cihazlarında elektrik alanı tahrikli iyonik hareketi, hafıza özelliklerini göstermek için kullandık ve ölçümler üzerine gerçek zamanlı analizlerle direnç-anahtarlama mekanizmalarını açıkladık. K-MnO2 memristörleri, yapay nöromorfik sinaps benzeri davranışları, yani kısa ve uzun vadeli güçlendirme/zayıflatma ve iyonik eşleşme etkileri sergilediler.
Özet (Çeviri)
Two-dimensional transition metal dichalcogenide (2D TMDC) with superb physical and chemical properties, used as the active material for various devices. The on-going primary focus is their reliable high-throughput synthesis using processes compatible with the current semiconductor technology. At present, among the common approaches, chemical vapor deposition (CVD) has been considered as the most promising method for preparing large-area high-quality 2D materials. However, the lack of in-situ information during the growth in conventional CVD systems, makes it impractical to realize high-temperature phenomena. In this thesis, we developed a novel CVD chamber that allows real time optical observation and control of the crystal growth. Using this new CVD method, which we call real time optical-CVD, RTO-CVD in short, we elaborated the involved mechanisms in salt-assisted synthesis of TMDCs and their vertical/lateral heterostructures. Through direct visualization of WSe2 monolayer growth, we identified that both vapour-solid-solid and vapour-liquid-solid growth routes are in an interplay. Then, we focused our attention to synthesize novel 2D materials such as V2O3 and K-MnO2 nanosheets. We succeeded synthesis route in favor of high-quality single-crystalline V2O3 nanoplates whose 2D characteristic allows us to study their peculiar electrical and physical properties such as metal-insulator transition (MIT) and supercritical state. The electrical properties of both as-grown and transferred V2O3 crystals were investigated with respect to the V2O3 phase-stability diagram. We observed emergence of a novel crystal structure upon electron beam heating in selected area electron diffraction (SAED) experiments and correlated it to the supercritical state by means of high-temperature Raman spectroscopy. Finally, we introduced large-area ultra-thin layered MnO2 crystals, spontaneously intercalated by potassium ions during the synthesis. The charge transport in 2D K-MnO2 devices was shown to be dominated by the in-plane ionic conductivity through the motion of hydrated K ions in the interlayer space. The K-MnO2 crystals exhibited reversible layered-to-spinel phase transition accompanied by an optical contrast change based on the electrical and optical modulation of the potassium and the interlayer water concentration. We used the electric-field driven ionic motion in K-MnO2 devices to demonstrate the memristive properties and elucidated the resistance-switching mechanisms via real-time analyses upon the measurements. K-MnO2 memristors were artificially able to emulate neuromorphic synapse-like behaviors, namely short and long-term potentiation/depression as well as ionic coupling effects.
Benzer Tezler
- Alkil ftalodinitril türevlerinin sentezi ve ftalosiyaninlerinin hazırlanması
Synthesis of the alkylphthalodinitrile derivatives and phthalocyanines
HATİCE AKIN DİNÇER
Doktora
Türkçe
2005
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. ESİN HAMURYUDAN
PROF.DR. MAKBULE BURKUT KOÇAK
- Real-time impedimetric microfluidic droplet measurement: iDM
Gerçek zamanlı impedimetrik mikroakışkan damlacık ölçümü: IDM
ABTIN SAATEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiNanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Kaos analizi: Bir finansal sektör uygulaması
Başlık çevirisi yok
CAFER ERCAN BOZDAĞ
Doktora
Türkçe
1998
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HALUK ERKUT
- Real time observation of gas metal arc welding arc by means of an optical system
Gazaltı kaynağı arkının optik bir sistemle gözlenmesi
ORHAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPAY ANKARA