Centrum pre Nanodiagnostiku Materiálov

PROJEKT

Augerova elektrónová spektroskopia pre štúdium povrchov dvojdimenzionálnych MoS₂ vrstiev

ABSTRAKT

V posledných desaťročiach sa venovalo veľké úsilie výskumu rôznych 2D vrstiev vrátane MoS2. Ich aplikovateľnosť na široké spektrum problémov vrátane environmentálnych a klimatických otázok stále priťahuje vedcov v rôznych oblastiach. Ale vzhľadom na technologické výzvy spojené s výrobou čistejších 2D povrchov sa ich aplikačný potenciál zatiaľ nenaplnil. Cieľom projektu je zistiť, ako znečistenie povrchu ovplyvňuje zloženie nesených a suspendovaných dvojdimenzionálnych vrstiev MoS2 a ako sa mení s aplikovanými dolešťovacími postupmi. Ako nástroj na štúdium bude použitá Augerova elektrónová spektroskopia (AES), ktorá sa ukazuje ako výborná analytická metóda pre 2D vrstvy, schopná odpovedať na otázky lokálneho zloženia povrchu, kontaminácie, homogenity a dolešťovania. Skúmať sa bude aj odozva elektrónov v 2D vrstvách MoS2 na primárne elektróny, pričom sa očakávajú zaujímavé efekty, ktoré zatiaľ neboli opísané v metodike AES.

DETAILY PROJEKTU

Kód projektu: 09I03-03-V04-00457

Kód výzvy: 09I03-03-V04 – Štipendiá pre excelentných výskumníkov a výskumníčky R2-R4

Komponent: Komponent 9 – Efektívnejšie riadenie a posilnenie financovania výskumu, vývoja a inovácií

Investícia: Investícia 3 – Excelentná veda

Prijímateľ: Slovenská technická univerzita v Bratislave

Financované: Európska Únia (NextGenerationEU)

Poskytovateľ: Výskumná agentúra

Doba riešenia: 01 September 2024−31 August 2026

PUBLIKÁCIE

Ľubomír Vančo, Ravi K. Biroju, Mário Kotlár, Viliam Vretenár, Dipak Maity, Tharangattu N. Narayanan

Nondestructive Imaging and Quantification of Composition in 2D MoS₂ and V-Dpoed MoS₂ by the Auger Scatterplot Method

In: J. Phys. Chem. C 2025, 129, 20995−21004, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5c05299

Molybdenum disulfide (MoS₂) monolayers have emerged as promising materials for a variety of applications. Their behavior depends critically on surface composition; therefore, careful characterization is necessary to describe their properties accurately. Although Auger electron spectroscopy (AES) is a standard method capable of addressing this issue, it suffers from beam-induced damage and variation of spectral features in complex samples. To overcome these limitations, we employed correlative analysis to examine MoS₂ and V-doped MoS₂ 2D surfaces by using Auger scatterplots. As we demonstrate, this method enables the nondestructive imaging and assessment of the lateral and depth distributions of the elements and provides a remarkably convenient way to estimate S-rich/depleted regions. The scatterplot technique indicates that V doping in MoS₂ retards desulfurization in an Ar/H₂ plasma environment. By reducing the electron dose, the analysis using scatterplots can improve the accuracy of AES by up to 30%. The Auger scatterplot method provides insight into the affinity or independence of surface constituents through quantitative relationships, enabling separate analysis of the characteristic areas within a complex sample. These findings are supported by Raman spectroscopy and transmission electron microscopy, which highlight the effectiveness of the Auger scatterplots and their potential for examining the surfaces of 2D materials. Auger maps also show a strong correlation with photoluminescence features in MoS₂ monolayers, thereby illustrating the overlap with practical applications.

Ďalšie publikácie:

Ľubomír Vančo, Ravi K. Biroju, Mário Kotlár, Viliam Vretenár, Dipak Maity, Tharangattu N. Narayanan: Analysis of two-dimensional molybdenum disulfide layers by scanning Auger microscopy. In: Extended Abstract Book of 14^th Conference “Solid State Surfaces and Interfaces” November 18-20, Smolenice, Slovak republic, Comenius University, ISBN 978-80-223-5941-2.

Ľ. Vančo, M. Kotlár, P. Vogrinčič, M. Štrbák, S. Dharmapuri, Determination of thickness in suspended MoS₂ layers using backgrounds in Auger electron spectra. In: Proceedings of ADEPT – the International Conference on Advances in Electronic and Photonic Technologies, Nový Smokovec, Slovakia, june 15^th – 18^th, 2026, EDIS-Publishing Centre of UNIZA, ISBN 978-80-554-2303-6.

Publikácia Graphene-ZnO Thin-Film Heterostructure-Based Efficient UV Photosensors, na ktorej sme sa autorsky podieľali, bola nedávno umiestnená na titulnú stranu časopisu ACS Applied Electronic Materials . Dr. Ravi K. Biroju, hlavný autor publikácie, vysvetľuje, že daná práca demonštruje prípravu van der Waalsovej heteroštruktúry grafén/ZnO v podobe tenkej vrstvy metódou CVD. Ak skombinujeme priamy polovodičový materiál s veľkou šírkou zakázaného pásma ako ZnO a vodivú vrstvu grafénu, dostaneme platformu s možnosťami jej aplikácie v oblasti fotosenzorov, alebo plynových senzorov. V prípade osvetlenia danej štruktúry dôjde k efektívnej separácii svetlom generovaných elektrón-dierových párov lokálnym elektrickým poľom, čo efektívne potlačí ich rekombináciu a zvýši životnosť nosičov náboja. Výsledkom je k zvýšenie hustoty nosičov náboja. Ďalej to vedie k zníženiu Schottkyho bariéry medzi tenkou vrstvou ZnO a grafénom, čo zlepšuje transport nosičov náboja. Výsledkom je vysoký pomer prúdov osvetlenej a neosvetlenej štruktúry I_light/I_dark , oveľa väčší než pre samotné tenké vrstvy, alebo nanoštruktúry ZnO.

V rámci projektu Accord bude zakúpený nový FIB-SEM mikroskop, ktorý bude inštalovaný v priestoroch Centra pre Nanodiagnostiku materiálov.

S nákupom je úzko spojená rozsiahla rekonštrukcia suterénu Centra pre Nanodiagnostiku materiálov, ktorá začala v Marci 2022.

Práce začali odstránením starých podláh, priečok a prácami na novej podlahe. Pre samotný mikroskop bude vytvorený samostatný betónový blok, ktorí bude oddelený od zvyšku miestnosti. Po zhotovení nových podláh, budú mať nové laboratóriá vyššiu svetlú výšku.

Po ukončení rekonštrukcie vznikli z pôvodne zanedbaných priestorov nové atraktívne laboratóriá. Po inštalácii nového prístrojového vybavenia zlepšia tieto laboratóriá možnosti výskumných aktivít Slovenskej Technickej Univerzity. Týmto bola univerzita obohatená o nové reprezentatívne priestory.