Kajian Efek Termoelektrik Nernst Anomali pada Material Dua Dimensi Layered Tungsten Ditelluride

ABDURRAFI AHSAN ALGHIFARI, Moh. Adhib Ulil Absor, S.Si, M.Sc., Ph.D. ; Dr. Edi Suprayoga

2024 | Skripsi | FISIKA

Penelitian ini menggali sifat topologi yang unik dan fenomena termoelektrik anomali pada material dua dimensi Tungsten Ditelluride (WTe2), khususnya pada struktur 1T'-WTe2 monolayer dan Td-WTe2 bilayer, dengan menggunakan metode Density Functional Theory (DFT) dan teknik post-processing. Hasil penelitian menunjukkan keberadaan sifat topologi non-trivial pada kedua varian material tersebut, dengan penemuan yang menonjol adalah adanya Strong Berry Curvature pada Td-WTe2 bilayer yang mencapai nilai puncak 1000 Å-2 di jalur ?- X, menandakan potensi signifikan dalam aplikasi berbasis sifat kuantum. Lebih lanjut, analisis terhadap konduktivitas Hall Anomali (AHC) menyingkapkan perbedaan mencolok antara 1T'-WTe2 monolayer dan Td-WTe2 bilayer, dengan AHC pada struktur bilayer mencapai nilai yang 1000 kali lebih besar. Pada suhu 100K, nilai puncak AHC untuk Td-WTe2 bilayer tercatat pada -650 dan 450 S/m untuk energi -0,335 dan -0,255 eV berturut-turut, menunjukkan responsivitas termoelektrik yang luar biasa. Perhitungan koefisien Nernst Anomali melalui relasi Mott memberikan nilai maksimum 0,1 ?V/K untuk Td-WTe2 bilayer, jauh melampaui 1T'-WTe2 monolayer yang hanya mencapai 5 ? 10-5 ?V/K. Sementara itu, koefisien Seebeck yang dihitung sebagai pembanding menunjukkan nilai 20 ?V/K untuk 1T'-WTe2 monolayer dan 30 ?V/K untuk Td-WTe2 bilayer menunjukkan bahwa hanya Td-WTe2 bilayer yang memiliki sifat Termoelektrik Nernst Anomali yang signifikan. Dengan demikian, Td-WTe2 bilayer adalah material yang menjanjikan dalam pengembangan perangkat termoelektrik, sementara 1T'-WTe2 monolayer perlu dikaji lebih dalam untuk mengetahui potensi dari material ini untuk perangkat termoelektrik.

This study delves into the unique topological properties and anomalous thermoelectric phenomena in two-dimensional Tungsten Ditelluride (WTe2), particularly focusing on the 1T’-WTe2 monolayer and Td-WTe2 bilayer structures, employing Density Functional Theory (DFT) methods and post-processing techniques. The research findings reveal the presence of non-trivial topological properties in both material variants, with a notable discovery being the presence of strong Berry Curvature in the Td-WTe2 bilayer, peaking at 1000 Å?2 along the ? ? X path, indicating significant potential for quantum-based applications. Further analysis on the Anomalous Hall Conductivity (AHC) unveils a stark contrast between the 1T’-WTe2 monolayer and Td-WTe2 bilayer, with the AHC in the bilayer structure reaching values 1000 times greater. At a temperature of 100K, peak AHC values for the Td-WTe2 bilayer were recorded at -650 and 450 S/m for energies of -0,335 and -0,255 eV respectively, showcasing exceptional thermoelectric responsiveness. Mott relation-based calculations of the Anomalous Nernst Coefficient yield a maximum value of 0,1 µV/K for the Td-WTe2 bilayer, far surpassing the 1T’-WTe2 monolayer, which only reaches 5 · 10?5µV/K.  Meanwhile, comparative Seebeck coefficient calculations reveal values of 20 µV/K for the 1T’-WTe2 monolayer and 30 µV/K for the Td-WTe2 bilayer, indicating that only the Td-WTe2 bilayer exhibits significant Anomalous Nernst Thermoelectric properties. Thus, the Td-WTe2 bilayer emerges as a promising material for the development of thermoelectric devices, while the 1T’-WTe2 monolayer requires further exploration to uncover its potential for thermoelectric applications.

Kata Kunci : Efek Hall Anomali, Efek Nernst Anomali, Sifat Topologi, Teori Fungsional Kerapatan, Tungsten Ditelluride