Caracterización y simulación de mapas de interferencia de cuasiparticulas para el estudio de procesos de dispersión de electrones en TaS2 y MoTe2

Abstract

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física de la Materia Condensada. Fecha de Lectura: 20-02-2025Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 20-08-2026En esta tesis se aborda el análisis de las transformadas de Fourier de mapas dI/dV obtenidos mediante microscopía de efecto túnel (FT-STM) con el objetivo de estudiar el scattering electrónico en la superficie de dos sistemas: 1T/2H TaS2 y 1T' MoTe2. Esta técnica experimental, conocida como análisis de interfencia de cuasiparticulas (QPI), es una poderosa herramienta para comprender diversos procesos eléctronicos. Para comparar y entender los resultados obtenidos de los mapas QPI con un modelo teórico, en este trabajo se ha desarrollado una sencilla herramienta en Python. Esta herramienta simplifica enormemente los cálculos necesarios para obtener una aproximación cualitativa de los procesos de scattering electrónico; además, permite la selección de las bandas cuyo scattering se quiera calcular. Solo necesita un contorno a energía constante (CEC) del sistema a evaluar a una energía específica para realizar los cálculos tras un sencillo procesado del contorno guiado paso a paso para obtener resultados en pocos minutos. La aproximación realizada con el programa es una simplificación del cálculo "Joint Density of States" (JDOS), que a su vez es una aproximación simplificada de cálculos más complejos como el "T-matrix". Sin embargo, los resultados obtenidos en esta tesis demuestran que cualitativamente el programa realiza simulaciones correctas en un tiempo computacional mucho menor que el de los modelos mencionados anteriormente. El valor de esta herramienta reside en la posibilidad de seleccionar bandas específicas dado un contorno de energía constante, ignorando el resto de bandas, para realizar múltiples simulaciones rápidas, simples y eficaces para comparar con los procesos de scattering observados en los mapas QPI y, posteriormente, realizar los cálculos más complejos y detallados exclusivamente de aquellos procesos cuyos resultados de simulación y experimento coincidan. Para probar esta herramienta se han estudiado dos sistemas. El primero de ellos es la heteroestructura vertical 1T/2H de un cristal TaS2. Este sistema, previamente estudiado por nuestro grupo en varios trabajos, forma una red Kondo a temperaturas inferiores a 11K, produciendo una estructura tipo gap en el interior de la resonancia Kondo y dando lugar a la aparición de un contorno de Fermi en la capa 1T. Para estudiar los procesos electrónicos que dan lugar al mencionado contorno de Fermi se ha realizado un mapa QPI en el rango de energías que abarca el mismo y se ha comparado con simulaciones obtenidas con el programa. El segundo sistema estudiado en esta tesis consiste en islas de monocapa de MoTe2 crecidas en su fase estructural 1T' sobre grafeno/Iridio(111). El interés en esta fase reside en el actual debate sobre sus propiedades electrónicas: algunos trabajos sugieren que es un semimetal sin gap, mientras que otros proponen que es un semiconductor con un pequeño gap. Para analizar este sistema y dar una respuesta se ha realizado un mapa QPI y las simulaciones adecuadas para evaluar los distintos procesos de scattering electrónicos, concluyendo que no hay gapThis thesis adresses the analysis of Fourier transforms of dI/dV maps obtained using scanning tunneling microscopy (FT-STM) to study electronic scattering on the surface of two systems: 1T/2H TaS2 and 1T' MoTe2. This experimental technique, known as quasiparticle interference (QPI) analysis, is a powerful tool for understanding various electronic processes. To compare and understand the results obtained from the QPI maps with a theoretical model, a simple Python tool has been developed in this work. This tool greatly simplifies the calculations needed to obtain a qualitative approximation of the electronic scattering processes and allows the selection of the bands whose scattering the user wants to calculate. It only requires a constant energy contour (CEC) of the system to be evaluated at a specific energy to perform the calculations, after following an easy-straightforward step by step contour processing, to obtain results in a few minutes. The approximation made within the program is a simplification of the "Joint Densitiy of States" (JDOS) calculation, which is a simplified approximation of more accurate but complex calculations such as the "T-matrix". However, the results obtained in this thesis demonstrate that the program qualitatively performs correct simulations in a much shorter computational time than the aforementioned models. The value of this tool lies in the ability to select specific bands within a constant energy contour, ignoring the rest, and perform multiple quick, simple, and efficient simulations to compare with the scattering processes observed in the QPI maps and, subsequently, carry out more complex and detailed calculations only for those whose simulation and experimental results match. To test this tool, two systems have been studied. The first one is the 1T/2H vertical heterostructure of a TaS2 crystal. This system, previously studied by our group in several papers, forms a coherent Kondo lattice at temperatures below 11K, producing a gap-like structure within the Kondo resonance and leading to the appearance of a Fermi contour in the 1T layer. To study the electronic processes that lead to the already mentioned Fermi contour, a QPI map was made in its whole energy range and compared the results with the simulations performed by the program. The second system studied in this thesis consists of monolayer islands of 1T' MoTe2 grown in graphene/Iridium(111). The interest in this phase lies in the current debate about its electronic properties: some studies suggest it is a gapless semimetal, while others propose it is a semiconductor with a small gap. To analyze this system and provide an answer, a QPI map and the appropiate simulations were carried out to evaluate the different electronic scattering processes, concluding that there is no gap in this system