Photocurrent generation in low dimensional nanomaterials

Bu tez, düşük boyutlu nanomalzemelerde foto tepki mekanizmalarının altında yatan çok önemli bir konuyu anlamaya odaklanmaktadır. Malzeme boyutu mikro ve nano seviyeye düştükçe, yapısal detaylar ve stres, kalınlık değişimi, alt taş ve eklemler gibi dış etmenlere bağlı düzensizlikler bir optoelektronik cihazdaki ışık-madde etkileşimlerini açıklayabilen ve kontrol edebilen olası etkilerin belirlenmesinde etkili olur. Nanomalzemelerin temel fiziksel özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlamak ve nanomalzeme aygıtlarda termal ve elektriksel taşımayı optimize etmek için tek bir kristal seviyesinde mikroskobik inceleme gereklidir. Bu tezde, taramalı foto akım mikroskobu (SPCM) kullanarak iki olağanüstü durumda fotoakım üretimini araştırdım: metalik gümüş nanotel (Ag NW) ve yarı iletken çok katmanlı molibden disülfit (MoS2). SPCM birkaç yüz nanometre çözünürlüğe karşılık gelen yansıyan ışık yoğunluğu ile birlikte foto tepkinin uzaysal haritalanmasını sağlar. İki uçlu Ag ve Ag nanotel ağ aygıtları nanotellerin damlatma biriktirilmesi ve metal kontak olarak indiyumun yerleştirilmesi ile yapıldı. SPCM haritaları, nanotel- nanotel bağlantılarının ve nanotel-kontak arayüzünün yerel olarak plazmonik alanı geliştirdiğini ve sıcak noktalar (hot-spots) olarak davrandığını göstermektedir. Sıcak noktalarda (hot-spots) artan sıcaklık, direncin değişimi için yeterlidir ve ön gerilim altında bir fotobolometrik tepki ile sonuçlanır. Fotobolometrik etkiyi daha da arttırmak için nanotelleri plazmonik Ag nano parçacıklarla donattık. Nano parçacıklar sıcak notların (hot-spots) sayısını ve plazmona bağlanan ışığı güçlendirirler. Aynı zamanda sıfır ön gerilim tepkisini fototermal etkiye dayandırdık. Fotoakım, Ag nanotel boyunca geometrideki nano boşluklar ve düzensizliklerin neden olduğu Seebeck katsayı farkı tarafından üretilmektedir. Bu tezin ikinci kısmı, birkaç katmanlı MoS2'nin alttaş mühendisliği (substrate engineering) ile foto akım üretimini açıklamaktadır. Bir kristali kısmen askıya almak için, MoS2 ince katmanlar ayrıştırıldı ve sonra üzerinde dikdörtgen veya dairesel delikleri bulunan alt taş üzerine aktarıldı. Desteklenen ve askıda kalan parçaların birleşiminden fotoakım oluşumunu gözlemledik. İndüklenmiş katkılama (induced doping) gibi alt taş etkileri, iki boyutlu malzemelerin özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. Araştırmalarımız, askıdaki parçanın alt taştan ayrılması nedeniyle Seebeck katsayısının değiştiğini göstermektedir. Askıya alınan ve desteklenen bölgelerin Seebeck katsayısındaki fark, bir termoelektrik bağlantı oluşturur. Ayrıca kapı (gate) deneyleri ile taşıyıcı tipi ve yoğunluğunun fotoakım üretimi üzerindeki etkisini de araştırdık.