Master's Thesis

Photoluminiscence study of thin layers of MoS2

Final Thesis 8.26 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Kuba

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: Ing. Miroslav Bartoš, Ph.D.

Reviewer: RNDr. Jan Kunc, Ph.D.

Abstract:

The thesis deals with study of thin layers of transition metal dichalcogenides, especially of molybdenum disulfide. Nanostructures were fabricated on two-dimensional crystals of MoS2 and WSe2. Within followed analysis attention was paid to the photoluminescence properties. In the thesis transition metal dichalcogenides are reviewed and description of the modified process of preparation by micromechanical exfoliation is given.

Keywords:

photoluminescence, transition metal dichalcogenides, TMD, molybdenum disulfide, MoS2, tungsten diselenide, WSe2, two-dimensional materials, single photon emitter

Date of defence

21.06.2016

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Miroslav Bartoš, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá studiem optických vlastností tenkých vrstev dichalkogenidů přechodných kovů, konkrétně sulfidu molybdeničitého a selenidu wolframičitého. Student musel během přípravy vzorků dokonale zvládnout metodu mikromechanické exfoliace a připravit řadu dostatečně velkých monovrstev a dvojvrstev, což vyžadovalo značnou trpělivost a manuální zručnost. Student musel rovněž pochopit ne zrovna jednoduchou teorii, pro lepší porozumnění zadané práce. Po patřičném zaškolení student pracoval až na občasné konzultace samostatně a s velkým nasazením. Bylo odvedeno velké množství práce, která bude dále rozšířena ve spolupráci s LNCMI, kde budou připravené vzorky dále zkoumány jako potenciální jednofotonové zdroje. Diplomovou práci hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
RNDr. Jan Kunc, Ph.D.

Předkládaná diplomová práce se zabývá přípravou a charakterizací tenkých vrstev MoS2 a WSe2. Byla též vypracována rešeršní práce již opublikovaných výsledků na téma dichalkogenidů přechodových kovů se zaměřením na atomárně tenké vrstvy. Rešeršní práce je obsáhlá a dostatečně uvádí danou problematiku. Vrstvy byly připravovány mechanickou exfoliací vrstev z objemových krystalů. Tato metoda je detailně diskutována a z textu je zřejmé dobré porozumění problému. Znalosti principů mechanické exfoliace a problematiky kontaminace bylo využito k úspěšné optimalizaci procesu. V rámci optimalizace byla navržena metoda plazmového čištění substrátů, čímž došlo ke zvýšení výtěžku exfoliovaných vrstev a snížení jejich kontaminace. V rámci charakterizace vrstev bylo provedeno mapování Ramanova rozptylu, fotoluminiscence a mikroskopie atomárních sil k určení topografie vrstev. Tyto experimentální techniky byly úspěšně korelovány a jejich vzájemné výhody byly diskutovány. Interpretace experimentálních dat byla provedena zejména srovnáním s již známou interpretací v dostupné literatuře. Při charakterizaci vzorků byly prováděny prvotní kroky studia využití ozařování vrstev elektronovým, iontovým a laserovým svazkem pro následnou výrobu nanostruktur. Bylo zjištěno, že metoda přímého ozáření elektronovým a iontovým svazkem patrně nebudou příliš vhodné z důvodu kontaminace vrstev reaktivní zbytkovou atmosférou v případě elektronového svazku a kontaminace galiovými atomy a nedostatečné kontroly průniku iontů v případě ozařování iontovým svazkem. Zde je i přes počáteční neúspěch ponechán další prostor následnému výzkumu. Nejslibnější metoda se jeví ozařování laserovým svazkem.

Hlavní nedostatky práce se nachází v nedostatečném popisu obrázků, kde chybí základní informace o parametrech experimentů a často chybí měřítko v obrázcích (obr.6.2,  7.5b, 7.6b, 7.8b, 7.9b, 7.16abc). Z popisků obrázků 7.5-7.9 by mělo být zřejmé, čím se jednotlivá data vzájemně liší. Dále, do popisků obrázků se nevkládá diskuze, ta patří do hlavního textu, viz popisek k obrázku 6.2. Největší výtku bych však měl k chybným datům v obrázcích 7.5, 7.8 a 7.9. Autor patrně omylem vložil třikrát stejná data, která jsou jednou nazývána ramanovským spektrem a následně fotoluminiscenčním spektrem. Stejně tak mapování signálu (patrně fotoluminiscence) vypadá vždy beze změny. Pokud tomu tak opravdu je, data by měla být prezentována lepší formou, například jako rozdílová spektra nebo by měla být vykreslena v jednom obrázku. Pak bude změna spekter zřejmá. Tato nesrovnalost by měla být diskutována během obhajoby diplomové práce.
Celkově, i přes pár výše uvedených nedostatků, hodnotím předkládanou práci jako velmi dobrou. Požadavky a cíle diplomové práce byly splněny, postup řešení je jasně popsán, byla použita široká řada experimentálních technik a výsledky byly úspěšně konfrontovány s literaturou. Autor předvedl vlastní přínos k problematice a ukázal na možnost využití výsledků tohoto výzkumu v praxi. Práce je logicky a přehledně uspořádána. Stylistická úprava a pravopis jsou na dobré úrovni a autor předvedl dobrou práci s literaturou a citacemi. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. -Diskutujte data v obrázcích 7.5, 7.8 a 7.9, viz poznámka v hlavním textu recenze.
  2. Jaké jsou další experimentální techniky přípravy tenkých vrstev MoS2 a WSe2?
  3. Jaké jsou typické pohyblivosti nosičů náboje v těchto vrstvách?
  4. V tabulce 1.1 je řada krystalů (MoTe2, WTe2, ZrS2, ZrSe2) jak v kolonce pravděpodobně stabilních krystalů za atmosférických podmínek, tak v kolonce nestabilních krystalů. Rozdíl je pouze v polovodičovém, či kovovém charakteru krystalů. Jak lze změnit charakter těchto krystalů z polovodivého na kovový? Co ovlivňuje jejich stabilitu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová