Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/79240
Title: Raman Spectroscopy of Graphene/VO₂ Heterostructure
Other Titles: รามานสเปคโตรสโคปีของกราฟีนวาเนเดียมไดออกไซด์เฮทเทอโรสตรัคเจอร์
Authors: Wirunchana Rattanasakuldilok
Advisors: Salinporn Kittiwatanakul
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Subjects: Vanadium oxide
Raman spectroscopy
Graphene
วาเนเดียมออกไซด์
รามานสเปกโทรสโกปี
กราฟีน
Issue Date: 2019
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Vanadium dioxide (VO₂) is a very interesting transition metal oxide as it undergoes structural-phase and insulator-to-metal transitions just above room temperature (~340 K). Synthesizing VO₂ on top of graphene to enhance the performance of VO₂ has long been practiced; however, the quality of the obtained films is usually degraded. In this research, the layer order was switched, with bilayer graphene fabricated via graphite exfoliation lying on top of VO₂/Al₂O₃ of 2 different VO2 thicknesses, 50 nm and 100 nm. The obtained hybrids were studied via Raman spectroscopy to see how the materials affect one another. The hybrid of the thicker sample was further investigated using temperature-dependent Raman spectroscopy to observe the change in transition temperature and compared with the graphene-absent sample and bilayer graphene on silicon dioxide. From graphite exfoliation, there are only bilayer-graphene flakes available on both 50-nm and 100- nm VO₂. The Raman results clearly indicate that bilayer graphene induces the in-plane tensile stress in VO₂, and the VO₂ thickness influences the compressive strain in bilayer graphene due to a smaller lattice parameter of the sapphire substrate compared with that of graphene. From the temperature-dependent Raman experiment, the structural transition apparently takes place before the electrical transition. Although the effect of bilayer graphene on the transition temperature cannot be deduced from this experiment, for which the countereffect of electron injection from graphene might account, some interesting features are observed: the transition is direct with no M2 intermediate state, and the G-band of bilayer graphene blue shifts for some increasing temperatures, as opposed to a usual red shift seen in bilayer graphene on SiO₂.
Other Abstract: วาเนเดียมไดออกไซด์เป็นโลหะแทรนซิชันออกไซด์ที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อยประมาณ 340 K เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวาเนเดียมไดออกไซด์ จึงมีการสร้างเฮทเทอโรสตรัคเจอร์ของวาเนเดียมไดออกไซด์และกราฟีน อย่างไรก็ตามฟิลม์ที่ได้มักจะมีคุณภาพต่ำ ซึ่งเป็นผลจากกระบวนการปลูกวาเนเดียมไดออกไซด์บนกราฟีน ในงานวิจัยนี้จึงได้มีการเปลี่ยนลำดับชั้นของฟิลม์โดยให้กราฟีนซึ่งได้มาจากกระบวนการการลอกชั้นของกราไฟต์วางอยู่บนวาเนเดียมไดออกไซด์ที่ปลูกบนเซฟไฟร์ โดยวาเนเดียมไดออกไซด์ที่ใช้จะมีความหนาต่างกัน คือ 50 nm และ 100 nm โครงสร้างผสมที่ได้จะถูกนำไปวิเคราะห์ด้วยรามานสเปคโตรสโคปีเพื่อศึกษาผลกระทบที่กราฟีนและวาเนเดียมไดออกไซด์มีต่อกัน และสำหรับโครงสร้างผสมที่ใช้วาเนเดียมไดออกไซด์ที่มีความหนามากกว่า จะถูกนำไปศึกษาด้วยรามานสเปคโตรสโคปีที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแทรนซิชัน และถูกนำไปเปรียบเทียบกับผลรามานที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวาเนเดียมไดออกไซด์ที่ไม่มีกราฟีนและของกราฟีนบนซิลิกอนไดออกไซด์ จากผลการทดลอง กราฟีนที่ได้ จากกระบวนการการลอกชั้นของกราไฟต์เป็นกราฟีนแบบสองชั้น โดยผลรามานบ่งชี้ว่ากราฟีนทำให้เกิดความเค้นแรงดึงในแนวระนาบในวาเนเดียมไดออกไซด์ ขณะเดียวกันวาเนเดียมไดออกไซด์ที่มีความบางกว่าจะทำให้เกิดความเครียดอัดในกราฟีนแบบสองชั้นมากกว่าเนื่องจากแลตทิซพารามิเตอร์ของแซฟไฟร์ที่เล็กกว่าแลตทิซพารามิเตอร์ของกราฟีน จากการศึกษาด้วยรามานสเปคโตรสโคปีที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ พบว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเกิดขึ้นก่อนการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและพบว่าการเปลี่ยนแปลงนี้ไม่มีเฟส M2 อย่างไรก็ตาม ผลของกราฟีนที่มีต่ออุณหภูมิแทรนซิชันของวาเนเดียมไดออกไซด์นั้นไม่สามารถสรุปได้จากข้อมูลรามาน โดยสันนิษฐานว่าการที่อุณหภูมิแทรนซิชันของวาเนเดียมไดออกไซด์ที่มีกราฟีนไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจนนั้นเป็นผลจากการเพิ่มของจำนวนอิเล็กตรอนในวาเนเดียมไดออกไซด์ที่มาจากกราฟีน นอกจากนี้ จีแบรนด์ (G-band) ของกราฟีนเลื่อนไปทางน้ำเงินเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นในบางช่วง ซึ่งแตกต่างกับการเลื่อนไปทางแดงจากผลของกราฟีนสองชั้นบนซิลิกอนไดออกไซด์
Description: โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2562
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/79240
Type: Senior Project
Appears in Collections:Sci - Senior Projects

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
62-SP-PHYS-023 - Wirunchana Rattanasakuldilok.pdf2.14 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.