Real time optical observation of the synthesis of novel 2D materials and investigation of their fundamental properties

İki boyutlu geçiş metali kalkojenleri(GMK), üstün fiziksel ve kimyasal özellikleri ile çeşitli uygulama potansiyeline sahiptirler. Günümüzde bu malzemelerin elde edilmesinde birincil odak noktası, mevcut yarı iletken teknolojisiyle uyumlu işlemleri kullanan tekrarlanabilir ve yüksek verimli sentezleridir. Halihazırda, geniş alanlı ve yüksek kalitede iki boyutlu malzemeler hazırlamak için, kimyasal buhar biriktirme (KBB), yaygın yaklaşımlar arasında en umut verici yöntem olarak kabul edilmektedir. Ancak, büyüme esnasında gerçek zamanlı olarak büyütme bilgisinin eksikliği, geleneksel KBB sistemlerini yüksek sıcaklık olaylarının incelenmesinde kullanışsız kılmaktadır. Bu tezde, kristal büyümesinin gerçek zamanlı optik gözlemine ve kontrolüne olanak sağlayan yeni bir KBB haznesi geliştirdik. Gerçek zamanlı optik KBB, kısaca GZO-KBB olarak adlandırdığımız bu yeni KBB yöntemini kullanarak, GMDC'lerin tuz destekli sentezinde ve dikey/yatay heteroyapılarında devreye giren mekanizmaları ayrıntılarıyla inceledik. WSe2 tek katmanlı büyümesinin doğrudan görüntülenmesiyle, hem buhar-katı-katı hem de buhar-sıvı-katı büyüme yollarının karşılıklı etkileşim içinde olduğunu saptadık. Ardından, V2O3 ve K-MnO2 nanosheet gibi yeni iki boyutlu malzemeleri sentezlemeye odaklandık. İki boyut karakteristiği ile metal-yalıtkan geçişi (MYG) ve süperkritik durum gibi sıradışı elektriksel ve fiziksel özellikleri üzerine çalışmamızı sağlayan yüksek kalite tek kristalli V2O3 nanoplatlarını sentezlemeyi başardık. Hem büyütülmüş hem de aktarılmış V2O3 kristallerinin elektriksel özellikleri, V2O3 faz-kararlılık şemasına göre incelendi. Seçili alan elektron kırınımı (SAEK) deneylerinde, elektron ışın ısıtması üzerinden yeni kristal yapılarının oluşumunu gözlemledik ve bunu yüksek sıcaklık Raman spektroskopisi aracılığıyla süperkritik durumla ilişkilendirdik. Son olarak, geniş alanlı, ultra-ince katmanlı MnO2 kristallerini, sentez sırasında anlık olarak potasyum iyonları ekleyerek sunduk. İki boyutlu K-MnO2 cihazlarındaki yük aktarımında, ara katmanda hidratlanmış K iyonlarının hareketi ile düzlem içi iyonik iletkenliğin baskın olduğu gösterildi. K-MnO2 kristalleri, potasyumun elektriksel ve optik modülasyonuna ve ara tabaka su konsantrasyonuna dayalı bir optik kontrast değişiminin eşlik ettiği tersine çevrilebilir katmandan spinele faz geçişi sergiledi. K-MnO2 cihazlarında elektrik alanı tahrikli iyonik hareketi, hafıza özelliklerini göstermek için kullandık ve ölçümler üzerine gerçek zamanlı analizlerle direnç-anahtarlama mekanizmalarını açıkladık. K-MnO2 memristörleri, yapay nöromorfik sinaps benzeri davranışları, yani kısa ve uzun vadeli güçlendirme/zayıflatma ve iyonik eşleşme etkileri sergilediler.