Structural-induced modifications of electronic properties in low dimensional systems : transition-metal dichalcogenides and rare-earth diantimonides

Abstract

The advent of two-dimensional (2D) materials offers a unique platform for the study of solids at the atomic scale. However, the manipulation of 2D materials is complex and remains a drawback for which no practical solution has been found for the mass production of devices. Quasi-2D materials are easier to manipulate while sometimes retaining the essential properties of strictly 2D materials. This thesis presents three systems that illustrate how the electronic structure of quasi-2D materials can be modified by induced changes in the atomic structure. Quasi-2D materials are susceptible to Fermi surface (FS) instabilities, which can induce phase transitions. In this context, the linear magnetoresistance of LaSb2 has been explained by a possible charge density wave (CDW). Indeed, the anisotropic structure of LaSb2 gives rise to a low-dispersion FS in kz with regions favourable to nesting. Using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we observe significant changes in the electronic structure at 13 K, such as FSreplicas and band folding, clear signs of additional periodicity in the CDW phase, which in some cases can lead to gap opening. These spectral features allow us to identify the nesting vector q and propose a theoretical model for the periodic distortion of the lattice...

La llegada de los materiales bidimensionales (2D) ofrece una plataforma única para el estudio de los sólidos a escala atómica. Sin embargo, la manipulación de materiales 2D es compleja y sigue siendo un inconveniente para el que no se ha encontrado una solución práctica para la producción masiva de dispositivos. Los materiales cuasi-2D son más fáciles de manipular y, en ocasiones, conservan las propiedades esenciales de los materiales estrictamente bidimensionales. Esta tesis presenta tres sistemas que ilustran cómo puede modificarse la estructura electrónica de los materiales cuasi-2D mediante cambios inducidos en la estructura atómica. Los materiales cuasi-2D son susceptibles a las inestabilidades de la superficie de Fermi (SF), que pueden inducir transiciones de fase. En este contexto, la magnetorresistencia lineal de LaSb2 se ha explicado mediante una posible onda de densidad de carga (ODC). En efecto, la estructura anisotrópica de LaSb2 da lugar a una SF poco dispersiva en kz que presenta regiones favorables al anidamiento. Utilizando espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES), observamos cambios significativos en la estructura electrónica a 13 K, como réplicas de la SF y plegamiento de bandas, signos claros de la presencia de una periodicidad adicional en la fase CDW, que en algunos casos pueden conducir a la apertura de un gap. Estas características espectrales nos permiten identificar el vector de anidamiento q y proponer un modelo teórico para la distorsión periódica de la red...