Pulsed laser deposition and scanning tunneling microscopy of ZnO/MoS2 two-dimensional structures and heterostructures

Two-dimensional (2D) semiconductors are materials of increasing scientific interest as they may exhibit completely different structures and properties with respect to their bulk counterparts and as they could be promisingly exploited for future applications in the field of nanotechnology. This thesis describes an experimental investigation of heterostructures consisting of molybdenum disulphide (MoS2) and zinc oxide (ZnO) produced onto a metallic Au(111) substrate and of 2D MoS2 nanostructures composed by one or few atomic layers and supported by an Ag(111) substrate. The production of these 2D structures has been achieved by means of pulsed laser deposition (PLD), while scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) have been employed in order to characterize in situ their structural, morphological and electronic properties at the nanometer and atomic scale. This work also reports a preliminary experimental activity aimed at exploiting PLD to grow silicon at the two-dimensional limit and at investigating the obtained structures using a scanning tunneling microscope.

Grande interesse è dedicato, oggigiorno, alle nanostrutture bidimensionali (2D) prodotte tramite il confinamento di materiali semiconduttori lungo una delle tre dimensioni dello spazio. Queste strutture 2D sono oggetto di molte attività di ricerca (teorica e sperimentale) per il fatto che possono essere caratterizzate da strutture e proprietà completamente diverse da quelle mostrate nella loro forma bulk e dal momento che il loro utilizzo in applicazioni future (per esempio, nel campo delle nanotecnologie) sembra molto promettente. Il lavoro di tesi riporta l’analisi sperimentale di eterostrutture di disolfuro di molibdeno (MoS2) e ossido di zinco (ZnO) supportate da una superficie di Au(111) e lo studio di nanostrutture 2D di MoS2 formate da uno o qualche strato atomico e realizzate su un substrato di Ag(111). Queste strutture bidimensionali sono state prodotte tramite una tecnica nota come Deposizione a Laser Pulsato (PLD, Pulsed Laser Deposition) e, successivamente, le tecniche di microscopia a effetto tunnel (STM, Scanning Tunneling Microscopy) e spettroscopia a effetto tunnel (STS, Scanning Tunneling Spectroscopy) sono state utilizzate per lo studio delle proprietà strutturali, morfologiche ed elettroniche dei materiali depositati. Questo lavoro di tesi riporta anche un’attività di ricerca preliminare che è stata condotta con lo scopo di utilizzare la tecnica PLD per crescere strutture bidimensionali di silicio – silicene – e di studiare poi le nanostrutture ottenute con un microscopio a effetto tunnel.