Nanodevices based on twisted 2D materials and exotic geometries
- Autores: Juan Salvador Sánchez
- Directores de la Tesis: Mario Amado Montero (dir. tes.), Enrique Díez Fernández (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2024
- Idioma: inglés
- Títulos paralelos:
- Nanodispositivos basados en materiales 2D retorcidos y geometrías exóticas
- Tribunal Calificador de la Tesis: Camilla Coletti (presid.), Yahya Moubarak Meziani (secret.), María Reyes Calvo Urbina (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física Aplicada y Tecnología por la Universidad de Salamanca
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: GREDOS
- Resumen
- español
Este trabajo se centra en la respuesta electrónica y optoelectrónica de nanodispositivos basados en materiales 2D. Tras una introducción a las instalaciones de sala blanca de nanotecnología, se describen en detalle los diferentes procesos para la fabricación de heteroestructuras de van der Waals de alta calidad, comenzando por la exfoliación micromecánica de cada material. A continuación, se presentan los pasos seguidos en la fabricación de dispositivos con diferentes geometrías. Controlando el ángulo relativo entre las diferentes capas de una heteroestructura de grafeno encapsulada en h-BN, se puede modificar su estructura de bandas, lo que permite la generación de intensos momentos magnéticos orbitales. En este trabajo, se describe cómo estos momentos magnéticos orbitales pueden medirse mediante corrientes quirales no locales, aplicando pequeños campos magnéticos. Además, gracias a la fabricación de dispositivos extraordinariamente limpios con geometrías exóticas que favorecen el comportamiento colectivo de los portadores, hemos podido analizar el régimen hidrodinámico y medir una conducción superbalística mejorada. Aquí presentamos un efecto superbalístico intermitente no reportado contra campos magnéticos externos bajos que arroja luz sobre la transición hidrodinámica balística. La parte final del estudio se centra en los estados excitónicos de diferentes TMD mediante espectroscopia de fotocorriente a baja temperatura. La optimización de los métodos de fabricación de heteroestructuras y nanodispositivos con estos materiales ha sido crucial para esta investigación. Esto, combinado con la novedosa configuración de medición, logra una resolución espectral que no es posible con otras técnicas no radiativas. [ES] Este trabajo se enfoca en el comportamiento electrónico y optoelectrónico de nanodispositivos basados en materiales 2D. Tras la introducción de los equipos de la sala blanca de nanotecnología, se describe en detalle los diferentes procesos de fabricación de heteroestructuras van der Waals de alta calidad, comenzando con la exfoliación micromecánica de cada material. A continuación, se presentan los pasos seguidos en la fabricación de dispositivos con diferentes geometrías. Al controlar el ángulo relativo entre diferentes capas de una heteroestructura de grafeno encapsulado en h-BN, se puede modificar la estructura de bandas del grafeno, permitiendo la generación de intensos momentos magnéticos orbitales. Aquí, presentamos cómo estos momentos magnéticos orbitales pueden controlarse mediante corrientes quirales no locales, con la aplicación de pequeños campos magnéticos. Por otro lado, la fabricación y caracterización de dispositivos con geometrías exóticas, que favorecen el comportamiento colectivo de los electrones, ha permitido entrar en el régimen hidrodinámico y medir una conducción superbalística aumentada, presentando un efecto intermitente no observado previamente bajo la influencia de un campo magnético.La parte final del estudio se centra en los estados excitónicos de diferentes TMD utilizando espectroscopía de fotocorriente a baja temperatura. La optimización de los métodos de fabricación para heteroestructuras y nanodispositivos basados en estos materiales ha sido crucial para esta investigación. Esto, combinado con la novedosa configuración de medición, logra una resolución espectral que no es posible con otras técnicas no radiativas.
- English
This work focuses on the electronic and optoelectronic response of nanodevices based on 2D materials. After an introduction of the nanotechnology clean room facilities, the different processes for the fabrication of high-quality van der Waals heterostructures are described in detail, starting with the micromechanical exfoliation of each material. Next, the steps followed in the fabrication of devices with different geometries are presented.
By controlling the relative angle between different layers of a h-BN encapsulated graphene heterostructure, its band structure can be modified, enabling the generation of intense orbital magnetic moments. Here, we report how these orbital magnetic moments can be measured through non-local chiral currents, with the application of small magnetic fields.
Moreover, thanks to the fabrication of extraordinarily clean devices with exotic geometries favouring the collective behaviour of carriers, we have been able to go into the hydrodynamic regime and measure enhanced superballistic conduction. Here we present an unreported intermittent superballistic effect against low external magnetic fields which sheds light on the ballistichydrodynamic transition.
The final part of the study focuses on the excitonic states of different TMDs using low-temperature photocurrent spectroscopy. The optimization of the fabrication methods for heterostructures and nanodevices with these materials has been crucial for this investigation. This, combined with the novel measurement setup, achieves a spectral resolution not possible with other non-radiative techniques.
- español
