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Diplomarbeit

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)
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: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
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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Generiert am 25.07.2014, 14:59:45