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Electronic structure investigation and anisotropic phonon anharmonicity in ternary ZrGeTe4 single crystals

非谐性 声子 三元运算 凝聚态物理 各向异性 材料科学 单晶 结晶学 物理 化学 光学 计算机科学 程序设计语言
作者
Zia ur Rehman,Nisar Muhammad,Zahir Muhammad,Łucja Kipczak,Rajibul Islam,Saleh S. Alarfaji,A. Babiński,Maciej R. Molas,Fengguang Liu,Weisheng Zhao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (14)
标识
DOI:10.1063/5.0233269
摘要

Ternary two-dimensional (2D) transition metal chalcogenides have gained immense attention because of their ability to overcome the intrinsic limitations of their binary counterparts. Layered 2D materials are important for future electronic and photonic devices owing to their low structural symmetry and in-plane anisotropy with tunable bandgap. Herein, the electronic structure and detailed vibrational properties of bulk ZrGeTe4 layered single crystals were investigated using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and Raman scattering (RS). The ARPES results revealed an anisotropic Fermi surface of different momentum along kx and ky from the zone center and an anisotropic band structure with varying band curvatures along the high-symmetry directions. Furthermore, the RS of ZrGeTe4 was investigated under different polarizations and varying temperatures. The polarized RS exhibited twofold and fourfold symmetry orientations in different configurations, revealing the anisotropic phonon dispersions for bulk ZrGeTe4. The observed softening of Raman modes was corroborated with the anharmonic phonon dispersion, which was further supported by our third-order force constant calculations of thermal transport using density functional theory. Low lattice thermal conductivity with increasing temperature is linked with enhanced phonon–phonon scattering, which is evident from the decreased phonon lifetime and peak linewidth. In addition to these fundamental aspects, the anisotropic nature and unique layered structure of such materials reveal their bright future for next-generation nanoelectronic applications.

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