[論文レビュー] Two-dimensional Mott variable-range hopping transport in a disordered MoS$_2$ nanoflake

Jianhong Xue, Shaoyun Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2018

Quantum and electron transport phenomena被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、電気的および磁気輸送測定を用いて、不規則なMoS₂ナノフラットにおける二次元モット変動範囲ホッピング（2D Mott VRH）輸送を調査した。低温域では、電導度が log₁₀G ∝ −T⁻¹ᐟ³ の依存関係を示し、二次磁気抵抗 ∼αB²（α ∼ T⁻¹）を示すことで、絶縁状態における2D Mott VRHが支配的輸送メカニズムであることが確認された。

ABSTRACT

The transport characteristics of a disordered MoS$_2$ nanoflake in the insulator regime are studied by electrical and magnetotransport measurements. The layered MoS$_2$ nanoflake is exfoliated from a bulk MoS$_2$ crystal and the conductance $G$ and magnetoresistance are measured in a four-probe setup over a wide range of temperatures. At high temperatures, we observe that $\log_{10}G$ exhibits a $-T^{-1}$ temperature dependence and the transport in the nanoflake dominantly arises from thermal activation. At low temperatures, where the transport in the nanoflake dominantly takes place via variable-range hopping (VRH) processes, we observe that $\log_{10}G$ exhibits a $-T^{-1/3}$ temperature dependence, an evidence for the two-dimensional (2D) Mott VRH transport. The measured low-field magnetoresistance of the nanoflake in the insulator regime exhibits a quadratic magnetic field dependence $\sim αB^2$ with $α\sim T^{-1}$, fully consistent with the 2D Mott VRH transport in the nanoflake.

研究の動機と目的

• 不規則なMoS₂ナノフラットにおける低温輸送メカニズムを調査すること。
• 絶縁状態において、変動範囲ホッピング（VRH）が支配的であるかどうかを特定すること。
• 電導度の温度および磁場依存性を用いて、VRHプロセスの次元性を同定すること。
• 実験データが2DモットVRHの理論予測と整合しているかどうかを検証すること。

提案手法

• 広い温度範囲で四端子電気的測定を実施し、電導度Gを抽出した。
• 温度依存電導度を分析して、2DモットVRHの特徴である log₁₀G ∝ −T⁻¹ᐟ³ のスケーリング行動を同定した。
• 低磁場磁気抵抗を測定して、磁場依存性 ∼αB²（α ∼ T⁻¹）を評価した。
• 2DモットVRHモデルと理論的比較を行い、輸送メカニズムを確認した。
• 外部の不規則性を最小限に抑えるために、剥離したMoS₂ナノフラットを用い、内在的輸送特性を保証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不規則なMoS₂ナノフラットの絶縁状態における電導度は、2Dモット変動範囲ホッピングのスケーリングに従うか？
• RQ2 低温域における電導度の温度依存性は何か？ 予測されたT⁻¹ᐟ³行動と一致するか？
• RQ3 観測された磁気抵抗は2DモットVRHモデルと整合的か？
• RQ4 MoS₂ナノフラットにおけるVRHプロセスの次元性は何か？

主な発見

• 低温域では、log₁₀G が T⁻¹ᐟ³ 依存性を示し、二次元モット変動範囲ホッピング輸送が確認された。
• 低磁場磁気抵抗は、二次磁場依存性 ∼αB²（α ∼ T⁻¹）に従い、2DモットVRHと整合的である。
• 高温域では、電導度が T⁻¹ 依存性を示し、熱励起が支配的メカニズムであることが示唆された。
• 観測されたスケーリング行動および磁気抵抗は、不規則系における2DモットVRHの理論予測と完全に整合している。