| Autor(en): |
Matthias M. May |
Titel: |
Two ways of suppressing charge density waves in 1T-TiSe2 |
| Erscheinungsdatum: |
06.09.2012 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-100202763)
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| Fachgebiet(e): |
Physik |
| Schlagwörter (ger): |
Physik, Ladungsträgerdichtewellen, TiSe2, ARPES |
| Schlagwörter (eng): |
Physics, Charge-density waves, TiSe2, ARPES |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Lizenz: |
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| Zitationshinweis: |
May, Matthias M.:
Two ways of suppressing charge density waves in 1T-TiSe2;
Diplomarbeit,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 06.09.2012, urn:nbn:de:kobv:11-100202763
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| Abstract (ger): |
| Die Ladungsträgerdichtewelle (CDW) in 1T-TiSe2
und den daraus abgeleiteten ternären Verbindungen TiS_xSe_{2-x} sowie
TiTe_xSe_{2-x} wurde untersucht. Der Ursprung dieses Phasenübergangs zweiter Ordnung konnte
seit seiner Entdeckung 1976 noch nicht abschließend geklärt werden.
Um tiefere Einblicke in die CDW-Phase zu bekommen, wurden Einkristalle
von TiSe_2 und den ternären Verbindungen unterschiedlicher Stöchiometrie gezüchtet
und mittels Transportmessungen und winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie (ARPES) untersucht.
Der spezifische Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt bei
TiSe_2 ein typisches lokales Maximum in der Nähe des Phasenüberganges. Es zeigte sich, dass
dieses Maximum bereits bei TiTe_{0.05}Se_{1.95} verschwindet und für TiS_xSe_{2-x} rasch mit
steigendem x schwächer wird.
Die ARPES Messungen wurden am BESSY II durchgeführt. Ein deutlich mit ARPES zu erkennendes
Merkmal der CDW-Phase sind die rückgefalteten Se 4p Bänder, die ihren Ursprung
in der elektronischen 2x2x2 Überstruktur haben. Durch Physisorption von Wasser auf der
Kristalloberfläche von TiSe_2 konnte der Einfluss einer erhöhten Besetzung des Leitungsbandes auf die CDW untersucht werden, da das Wasser eine Bandverbiegung verursacht und so das Ti3d Leitungsband unter die Fermi-Energie schiebt.
Die Ergebnisse zeigen eine Unterdrückung der CDW mit wachsender Wasserbedeckung.
Die ternären Proben wurden ohne Wasser analysiert, dabei zeigt sich, dass bei TiS_xSe_{2-x} für x=0.13 noch keine Unterdrückung der CDW zu erkennen ist, während die Ausprägung der CDW-Phase für x=0.33 bereits deutlich schwächer ausfällt. Für TiTe_{0.05}Se_{1.95} scheint die CDW-Phase weniger stark entwickelt, aber noch vorhanden. Eine Unterdrückung der CDW-Phase mit zunehmender Besetzung des Leitungsbandes unterstützt das exzitonische Modell, da nun die Bildung von Elektron-Loch-Paaren zwischen Valenzbandmaximum und Leitungsbandminimum erschwert wird. |
| Abstract (eng): |
| The charge density wave phase transition in 1T-TiSe_2 has been investigated. To get a more detailed understanding of the CDW phase, TiSe_2 as well as the derived ternary compounds TiS_xSe_{2-x} and TiTe_xSe_{2-x} were grown by chemical vapour transport. Those ternary compounds are expected to exhibit a bigger band gap with increasing sulphur content and a smaller band gap for compounds with tellurium. Their CDW phase was probed by means of resistivity measurements as well as angle-resolved photoelectron spectroscopy at the BESSY beamline BEST. The range of the ARPES experiments was extended by the technique of H_2O-adsorption investigating the influence of a gradually increased population of the conduction band by H_2O-induced band bending.
It was found that the CDW phase probed in ARPES could be gradually suppressed by two influences: The substitution of selenium in the ternary compounds with a sulphur content of x=0.33 and a tellurium content of x=0.05, and an increased population of the Ti 3d conduction band induced by H_2O provoked band bending.
A classification of the presented experiments within the theory could lead to the following conclusion: The H_2O adsorption experiments support an excitonic origin of the CDW phase as an increased population of the conduction band hinders the formation of electron-hole pairs. An increase or decrease of the band gap size for the ternary compounds suggest an optimal band gap between 150\,meV for TiSe_2 and 170\,meV for TiS_{0.13}Se_{1.87}. |
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