MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017358793
■00520260202104752
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798290653761
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32151358
■035    ▼a(MiAaPQ)Caltech17305
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a553.41
■1001  ▼aHao,  Duxing.
■24510▼aNovel  Electronic  and  Optoelectronic  Interactions  in  Two-Dimensional  Materials
■260    ▼a[Sl]▼bCalifornia  Institute  of  Technology▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a182  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Yeh,  Nai-Chang.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--California  Institute  of  Technology,  2025.
■520    ▼aTwo-dimensional  (2D)  materials  host  a  rich  set  of  emerging  physical  phenomena  such  as  superconductivity,  ferroelectricity,  quantum  magnetism,  and  circular  dichroism.  Moreover,  these  phenomena  are  highly  tunable  by  crystalline  composition  variations  and  crystalline  structural  phase  modifications  and  are  sensitive  to  external  conditions  such  as  temperature,  magnetic  field  and  optical  excitation,  substrate  and  gate  tuning.  Therefore,  2D  material-based  devices  are  highly  desirable  for  modern  electronic  and  optoelectronic  devices  applications.  In  this  thesis,  we  employed  a  fully  scalable  approach  to  synthesize  materials  and  fabricate  2D  material-based  devices  such  as  those  based  on  graphene  and  1H-Molybdenum  disulfide  (1H-MoS2),  and  explore  their  electronic  and  optoelectronic  properties  in  cryogenic  conditions  under  various  excitation  sources,  such  as  external  magnetic  field  and  structured  light.In  the  first  part  of  the  thesis  (Chapters  2  and  3),  we  provide  experimental  details  for  achieving  nanoscale  strain  engineering  of  monolayer  (ML)-graphene  and  demonstrate  that  periodic  patterns  of  nanoscale  strain  distributions  in  ML-graphene  can  lead  to  local  giant  pseudomagnetic  fields  as  well  as  global  modifications  to  the  electronic  properties  of  ML-graphene,  including  strain-induced  valley  Hall  and  anomalous  Hall  effects  in  the  absence  of  external  magnetic  fields,  nonlocal  valley-polarized  currents  and  evidence  of  quantum  valley  Hall  effect  under  external  magnetic  field.  These  findings  suggest  new  approaches  towards  developing  emerging  quantum  states  with  tunable  electronic  correlation  based  on  graphene  straintronics.The  second  part  of  the  thesis  (Chapters  4  and  5)  focus  more  on  the  semiconducting  monolayer  transition  metal  dichalcogenides  (ML-TMDs),  whose  broken  inversion  symmetry  and  strong  spinorbit  coupling  result  in  spin-valley  lock-in  effects  so  that  the  valley  degeneracy  may  be  lifted  by  external  magnetic  fields,  potentially  leading  to  real-space  structural  transformation.In  Chapter  4,  we  report  magnetic  field  (B)-induced  giant  electric  hysteretic  responses  to  back-gate  voltages  in  ML-MoS2field-effect  transistors  (FETs)  on  SiO2/Si  at  temperatures    20  K.  The  observed  hysteresis  increases  with  |B|  up  to  12  T  and  is  tunable  by  varying  the  temperature.  Raman  spectroscopic  and  scanning  tunneling  microscopic  studies  reveal  significant  lattice  expansion  with  increasing  |B|  at  4.2  K,  and  this  lattice  expansion  becomes  asymmetric  in  ML-MoS2FETs  on  rigid  SiO2/Si  substrates,  leading  to  out-of-plane  mirror  symmetry  breaking  and  the  emergence  of  a  tunable  out-of-plane  ferroelectric-like  polar  order.  This  broken  symmetry-induced  polarization  in  MLMoS2shows  typical  ferroelectric  butterfly  hysteresis  in  piezo-response  force  microscopy,  adding  MLMoS2to  the  single-layer  material  family  that  exhibit  out-of-plane  polar  order-induced  ferroelectricity,  which  is  promising  for  such  technological  applications  as  cryo-temperature  ultracompact  non-volatile  memories,  memtransistors,  and  ultrasensitive  magnetic  field  sensors.  Moreover,  the  polar  effect  induced  by  asymmetric  lattice  expansion  may  be  further  generalized  to  other  ML-TMDs  and  achieved  by  nanoscale  strain  engineering  of  the  substrate  without  magnetic  fields.In  Chapter  5,  we  further  demonstrate  the  design  and  application  of  a  novel  instrument  that  integrates  scanning  spectroscopic  photocurrent  measurements  with  structured  light  of  controlled  spin  and  orbital  angular  momentum.  For  structured  photons  with  wavelengths  between  500  nm  to  700  nm,  this  instrument  can  perform  spatially  resolved  photocurrent  measurements  of  2D  materials  or  thin  crystals  under  magnetic  fields  up  to  ±14  Tesla,  at  temperatures  from  300  K  down  to  3  K,  with  either  spin  angular  momentum  (SAM)  ℓh  or  orbital  angular  momentum  (OAM)  ±  ℓh  (where  ℓ=  1,  2,  3...  is  the  topological  charge),  and  over  a  (35  x25)  \uD835\uDF07m2area  with  ~  1  \uD835\uDF07m  spatial  resolution.  These  capabilities  of  the  instrument  are  exemplified  by  magneto-photocurrent  spectroscopic  measurements  of  monolayer  2H-MoS2field-effect  transistors,  which  not  only  reveal  the  excitonic  spectra  but  also  demonstrate  monotonically  increasing  photocurrents  with  increasing  |ℓ|  as  well  as  excitonic  Zeeman  splitting  and  an  enhanced  Lande  g-factor  due  to  the  enhanced  formation  of  intervalley  dark  excitons  under  magnetic  field.  These  studies  thus  demonstrate  the  versatility  of  the  scanning  photocurrent  spectrometry  for  investigating  excitonic  physics,  optical  selection  rules,  and  optoelectronic  responses  of  novel  quantum  materials  and  engineered  quantum  devices  to  structured  light.
■590    ▼aSchool  code:  0037.
■650  4▼aGold
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aElectromagnetism
■650  4▼aTopography
■650  4▼aMolybdenum
■650  4▼aMagnetic  fields
■650  4▼aSymmetry
■650  4▼aChemical  vapor  deposition
■650  4▼aEtching
■650  4▼aFamilies  &  family  life
■650  4▼aCopper
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aGraphene
■650  4▼aTransistors
■650  4▼aGeometry
■650  4▼aScanning  electron  microscopy
■650  4▼aAnnealing
■690    ▼a0791
■690    ▼a0605
■71020▼aCalifornia  Institute  of  Technology▼bPhysics,  Mathematics  and  Astronomy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0037
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358793▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books