Fermiologie, réduction de dimensionalité et couplage électron-phonon dans les métaux de transition dichalcogénides

Le dosage des matériaux en couches avec les métaux alcalins est devenue une stratégie commune dans la technique de photoémission résolue en angle ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy), mais exactement ce qui se passe structurellement et électroniquement est resté débâté. Ici, on réalise une étude de 1T-HfTe2, un semimetal prototypique de la famille des métaux de transition dichalcogénides TMDs (transition metal dichalcogenides). En utilisant ARPES en dépendance de l’énergie de photons, nous avons examiné la structure électronique de ce matériau en fonction de dosage avec le potassium K. D’après nos spectres de kz, on a observé l’apparence de 2D états électronique après le dosage, avec une amélioration remarquable de la qualité des data mesurées, en accord avec le confinement de la fonction d’onde à la plus haute monocouche. A notre niveau de dosage le plus élevé, la structure électronique mesurée est similaire à celle d’une monocouche, attestant l’intercalation des atomes alcaline dans le gap de van der Waals. En ramenant le top de la bande de valence en dessous du niveau de Fermi, nous avons directement mesuré le gap négatif d’une valeur de 0.2 eV. Toutefois, des états électroniques de volumes contribuent toujours au spectre même après une quantité considérable du dosage. Enfin, la bande de valence de HfTe2 contient un point de Dirac et un gap inversé, en analogie avec tous les TMDs du même groupe de symétrie. Dans notre deuxième projet, nous avons étudié les deux polytypes de NbS2, notamment 2H-NbS2 et 3R-Nb(1+x)S2 en utilisant ARPES et les calculs DFT (density functional theory). Les deux surfaces de Fermi mesurées montrent une grande différence en taille, indiquant un remplissage de bande plus import dans le 3R phase en raison d’atomes interstitielles de Nb. Donc nous avons trouvé que c’est plutôt la stoichiométrie est le facteur le plus important dans la différence des propriétés électronique et physiques des deux phases, et pas l’empilement de couche. Nos data avec la meilleure résolution de 2H-NbS2 montrent de forts ‘kinks’ dans la fonction spectrale, témoignant l’électron-phonon couplage dans ce système. Nous avons trouvé que ce couplage est plus fort dans les sections de bandes dérivées de Nb 4dx2−y2 ,xy orbitales que celles de Nb 4d3z2−r2 orbitales. Nos résultats présentent un cadre expérimental pour l’interprétation des deux gaps supraconducteurs et l’absence de l’onde de densité de charge dans 2H-NbS2.The dosing of layered materials with alkali metals has become a commonly usedstrategy in ARPES experiments. However, precisely what occurs under such conditions, both structurally and electronically, has remained a matter of debate. Here we performed a systematic study of 1T-HfTe2, a prototypical semimetal of the transition metal dichalcogenide family. By utilizing photon energy-dependent angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we have investigated the electronic structure of this material as a function of Potassium (K) deposition. From the kz maps, we observed the appearance of 2D dispersive bands after electron dosing, with an increasing sharpness of the bands, consistent with the wavefunction confinement at the topmost layer. In our highest-dosing cases, a monolayer-like electronic structure emerges, presumably as a result of intercalation of the alkali metal. Here, by bringing the topmost valence band below EF, we could directly measure a band overlap of ∼ 0.2 eV. However, 3D bulk-like states still contribute to the spectra even after considerable dosing. Our work on HfTe2 provides a reference point for the increasingly popular studies of the alkali metal dosing of semimetals using ARPES. In our second work, we investigated the electronic band structure of the two polytypes of NbS2, namely 2H-NbS2 and 3R-Nb1+xS2 combining ARPES and DFT calculations again. The measured Fermi surfaces show a remarkable difference in size, reflecting a significantly increased band filling in 3R-Nb1+xS2 due to the presence of additional Nb interstitials. Thus we found that the stoichiometry, rather than the stacking arrangement, is the most important factor in the difference in electronic and physical properties of the two phases. Our high resolution data on the 2H phase shows strong kinks in the spectral function that are fingerprints of the electron-phonon coupling. However, the strength of the coupling is found to be much larger for the the sections of bands withNb 4dx2-y2,xy character than for the Nb 4d3z2-r2. Our results provide an experimental framework for interpreting the two-gap superconductivity and latent CDW in 2H-NbS

Fermiology, 3D to 2D dimensionality crossover and electron-phonon coupling in the electronic structure of transition metal dichalcogenides

The dosing of layered materials with alkali metals has become a commonly usedstrategy in ARPES experiments. However, precisely what occurs under such conditions, both structurally and electronically, has remained a matter of debate. Here we performed a systematic study of 1T-HfTe2, a prototypical semimetal of the transition metal dichalcogenide family. By utilizing photon energy-dependent angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we have investigated the electronic structure of this material as a function of Potassium (K) deposition. From the kz maps, we observed the appearance of 2D dispersive bands after electron dosing, with an increasing sharpness of the bands, consistent with the wavefunction confinement at the topmost layer. In our highest-dosing cases, a monolayer-like electronic structure emerges, presumably as a result of intercalation of the alkali metal. Here, by bringing the topmost valence band below EF, we could directly measure a band overlap of ∼ 0.2 eV. However, 3D bulk-like states still contribute to the spectra even after considerable dosing. Our work on HfTe2 provides a reference point for the increasingly popular studies of the alkali metal dosing of semimetals using ARPES. In our second work, we investigated the electronic band structure of the two polytypes of NbS2, namely 2H-NbS2 and 3R-Nb1+xS2 combining ARPES and DFT calculations again. The measured Fermi surfaces show a remarkable difference in size, reflecting a significantly increased band filling in 3R-Nb1+xS2 due to the presence of additional Nb interstitials. Thus we found that the stoichiometry, rather than the stacking arrangement, is the most important factor in the difference in electronic and physical properties of the two phases. Our high resolution data on the 2H phase shows strong kinks in the spectral function that are fingerprints of the electron-phonon coupling. However, the strength of the coupling is found to be much larger for the the sections of bands withNb 4dx2-y2,xy character than for the Nb 4d3z2-r2. Our results provide an experimental framework for interpreting the two-gap superconductivity and latent CDW in 2H-NbS2Le dosage des matériaux en couches avec les métaux alcalins est devenue une stratégie commune dans la technique de photoémission résolue en angle ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy), mais exactement ce qui se passe structurellement et électroniquement est resté débâté. Ici, on réalise une étude de 1T-HfTe2, un semimetal prototypique de la famille des métaux de transition dichalcogénides TMDs (transition metal dichalcogenides). En utilisant ARPES en dépendance de l’énergie de photons, nous avons examiné la structure électronique de ce matériau en fonction de dosage avec le potassium K. D’après nos spectres de kz, on a observé l’apparence de 2D états électronique après le dosage, avec une amélioration remarquable de la qualité des data mesurées, en accord avec le confinement de la fonction d’onde à la plus haute monocouche. A notre niveau de dosage le plus élevé, la structure électronique mesurée est similaire à celle d’une monocouche, attestant l’intercalation des atomes alcaline dans le gap de van der Waals. En ramenant le top de la bande de valence en dessous du niveau de Fermi, nous avons directement mesuré le gap négatif d’une valeur de 0.2 eV. Toutefois, des états électroniques de volumes contribuent toujours au spectre même après une quantité considérable du dosage. Enfin, la bande de valence de HfTe2 contient un point de Dirac et un gap inversé, en analogie avec tous les TMDs du même groupe de symétrie. Dans notre deuxième projet, nous avons étudié les deux polytypes de NbS2, notamment 2H-NbS2 et 3R-Nb(1+x)S2 en utilisant ARPES et les calculs DFT (density functional theory). Les deux surfaces de Fermi mesurées montrent une grande différence en taille, indiquant un remplissage de bande plus import dans le 3R phase en raison d’atomes interstitielles de Nb. Donc nous avons trouvé que c’est plutôt la stoichiométrie est le facteur le plus important dans la différence des propriétés électronique et physiques des deux phases, et pas l’empilement de couche. Nos data avec la meilleure résolution de 2H-NbS2 montrent de forts ‘kinks’ dans la fonction spectrale, témoignant l’électron-phonon couplage dans ce système. Nous avons trouvé que ce couplage est plus fort dans les sections de bandes dérivées de Nb 4dx2−y2 ,xy orbitales que celles de Nb 4d3z2−r2 orbitales. Nos résultats présentent un cadre expérimental pour l’interprétation des deux gaps supraconducteurs et l’absence de l’onde de densité de charge dans 2H-NbS2

Fermiologie, réduction de dimensionalité et couplage électron-phonon dans les métaux de transition dichalcogénides

Le dosage des matériaux en couches avec les métaux alcalins est devenue une stratégie commune dans la technique de photoémission résolue en angle ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy), mais exactement ce qui se passe structurellement et électroniquement est resté débâté. Ici, on réalise une étude de 1T-HfTe2, un semimetal prototypique de la famille des métaux de transition dichalcogénides TMDs (transition metal dichalcogenides). En utilisant ARPES en dépendance de l’énergie de photons, nous avons examiné la structure électronique de ce matériau en fonction de dosage avec le potassium K. D’après nos spectres de kz, on a observé l’apparence de 2D états électronique après le dosage, avec une amélioration remarquable de la qualité des data mesurées, en accord avec le confinement de la fonction d’onde à la plus haute monocouche. A notre niveau de dosage le plus élevé, la structure électronique mesurée est similaire à celle d’une monocouche, attestant l’intercalation des atomes alcaline dans le gap de van der Waals. En ramenant le top de la bande de valence en dessous du niveau de Fermi, nous avons directement mesuré le gap négatif d’une valeur de 0.2 eV. Toutefois, des états électroniques de volumes contribuent toujours au spectre même après une quantité considérable du dosage. Enfin, la bande de valence de HfTe2 contient un point de Dirac et un gap inversé, en analogie avec tous les TMDs du même groupe de symétrie. Dans notre deuxième projet, nous avons étudié les deux polytypes de NbS2, notamment 2H-NbS2 et 3R-Nb(1+x)S2 en utilisant ARPES et les calculs DFT (density functional theory). Les deux surfaces de Fermi mesurées montrent une grande différence en taille, indiquant un remplissage de bande plus import dans le 3R phase en raison d’atomes interstitielles de Nb. Donc nous avons trouvé que c’est plutôt la stoichiométrie est le facteur le plus important dans la différence des propriétés électronique et physiques des deux phases, et pas l’empilement de couche. Nos data avec la meilleure résolution de 2H-NbS2 montrent de forts ‘kinks’ dans la fonction spectrale, témoignant l’électron-phonon couplage dans ce système. Nous avons trouvé que ce couplage est plus fort dans les sections de bandes dérivées de Nb 4dx2−y2 ,xy orbitales que celles de Nb 4d3z2−r2 orbitales. Nos résultats présentent un cadre expérimental pour l’interprétation des deux gaps supraconducteurs et l’absence de l’onde de densité de charge dans 2H-NbS2.The dosing of layered materials with alkali metals has become a commonly usedstrategy in ARPES experiments. However, precisely what occurs under such conditions, both structurally and electronically, has remained a matter of debate. Here we performed a systematic study of 1T-HfTe2, a prototypical semimetal of the transition metal dichalcogenide family. By utilizing photon energy-dependent angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we have investigated the electronic structure of this material as a function of Potassium (K) deposition. From the kz maps, we observed the appearance of 2D dispersive bands after electron dosing, with an increasing sharpness of the bands, consistent with the wavefunction confinement at the topmost layer. In our highest-dosing cases, a monolayer-like electronic structure emerges, presumably as a result of intercalation of the alkali metal. Here, by bringing the topmost valence band below EF, we could directly measure a band overlap of ∼ 0.2 eV. However, 3D bulk-like states still contribute to the spectra even after considerable dosing. Our work on HfTe2 provides a reference point for the increasingly popular studies of the alkali metal dosing of semimetals using ARPES. In our second work, we investigated the electronic band structure of the two polytypes of NbS2, namely 2H-NbS2 and 3R-Nb1+xS2 combining ARPES and DFT calculations again. The measured Fermi surfaces show a remarkable difference in size, reflecting a significantly increased band filling in 3R-Nb1+xS2 due to the presence of additional Nb interstitials. Thus we found that the stoichiometry, rather than the stacking arrangement, is the most important factor in the difference in electronic and physical properties of the two phases. Our high resolution data on the 2H phase shows strong kinks in the spectral function that are fingerprints of the electron-phonon coupling. However, the strength of the coupling is found to be much larger for the the sections of bands withNb 4dx2-y2,xy character than for the Nb 4d3z2-r2. Our results provide an experimental framework for interpreting the two-gap superconductivity and latent CDW in 2H-NbS

Fermiology and electron-phonon coupling in the 2 H and 3 R polytypes of Nb S 2

International audienceWe investigate the electronic structure of the 2H and 3R polytypes of NbS2. The Fermi surfaces measured by angle-resolved photoemission spectroscopy show a remarkable difference in size, reflecting a significantly increased band filling in 3R−Nb1+xS2 compared to 2H−NbS2, which we attribute to the presence of additional interstitial Nb, which act as electron donors. Thus, we find that the stoichiometry, rather than the stacking arrangement, is the most important factor in the difference in electronic and physical properties of the two phases. Our high resolution data on the 2H phase shows kinks in the spectral function that are fingerprints of the electron-phonon coupling. However, the strength of the coupling is found to be much larger for the the sections of bands with Nb 4dx2−y2,xy character than for the Nb 4d3z2−r2. Our results provide an experimental framework for interpreting the two-gap superconductivity and latent charge density wave in 2H−NbS2

Angle-resolved photoemission calculations of WTe2 compared to experiment

Molybdenum dichalcogenides are probably the most studied single layer TMDCs by virtue of being appealing for sundry possible applications suchlike transistors, diodes, solar cells or more fundamental studies of spin or valley pseudospin and their interactions. Tungsten-based counterparts are on the other hand evincing much stronger spin-orbit coupling due to which all the spin-related effects are more stable at room temperature and thus more feasible for application. WTe2, a type-II Weyl semimetal is in particular interesting due to having two pairs of spin-differentiated Weyl points above Fermi energy. We have conducted several experiments following the evolution of the band dispersion in the vicinity of X and Y points of the Brillouin zone of WTe2 which is substantial for understanding the fundamental properties of the structure-property relation of the system. Ab-initio set of photoemission calculations was performed using SPR-KKR package and compared to experimental results

Objemové a povrchové elektronické stavy v dopovaném polokovu HfTe2

Článek se zabývá popisem elektronové struktury dopovaného polokovu HfTe2 doplněnou o teoretické výpočty.The dosing of layered materials with alkali metals has become a commonly used strategy in ARPES experiments. However, precisely what occurs under such conditions, both structurally and electronically, has remained a matter of debate. Here we perform a systematic study of 1T-HfTe2, a prototypical semimetal of the transition metal dichalcogenide family. By utilizing photon energy-dependent angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we have investigated the electronic structure of this material as a function of potassium (K) deposition. From the kz maps, we observe the appearance of 2D dispersive bands after electron dosing, with an increasing sharpness of the bands, consistent with the wave-function confinement at the topmost layer. In our highest-dosing cases, a monolayerlike electronic structure emerges, presumably as a result of intercalation of the alkali metal. Here, by bringing the topmost valence band below EF, we can directly measure a band overlap of ∼0.2 eV. However, 3D bulklike states still contribute to the spectra even after considerable dosing. Our work provides a reference point for the increasingly popular studies of the alkali metal dosing of semimetals using ARPES

Spin, time, and angle resolved photoemission spectroscopy on WTe2

We combined a spin resolved photoemission spectrometer with a high-harmonic generation (HHG) laser source in order to perform spin, time, and angle resolved photoemission spectroscopy (STARPES) experiments on the transition metal dichalcogenide bulk WTe2, a possible Weyl type-II semimetal. Measurements at different femtosecond pump-probe delays and comparison with spin resolved one-step photoemission calculations provide insight into the spin polarization of electrons above the Fermi level in the region where Weyl points of WTe2 are expected. We observe a spin accumulation above the Weyl points region, which is consistent with a spin-selective bottleneck effect due to the presence of spin-polarized conelike electronic structure. Our results support the feasibility of STARPES with HHG, which despite being experimentally challenging provides a unique way to study spin dynamics in photoemission