We report on the depinning of nearly commensurate charge-density waves in 1T-TaS2 thin films at room temperature. A combination of the differential current–voltage measurements with the low-frequency noise spectroscopy provides unambiguous means for detecting the depinning threshold field in quasi-2D materials. The depinning process in 1T-TaS2 is not accompanied by an observable abrupt increase in electric current—in striking contrast to depinning in the conventional charge-density-wave materials with quasi-1D crystal structure. We explained it by the fact that the current density from the charge-density waves in the 1T-TaS2 devices is orders of magnitude smaller than the current density of the free carriers available in the discommensuration network surrounding the commensurate charge-density wave islands. The depinning fields in 1T-TaS2 thin-film devices are several orders of magnitude larger than those in quasi-1D van der Waals materials. Obtained results are important for the proposed applications of the charge-density wave devices in electronics.

1.
F.
Zwick
,
H.
Berger
,
I.
Vobornik
,
G.
Margaritondo
,
L.
Forró
,
C.
Beeli
,
M.
Onellion
,
G.
Panaccione
,
A.
Taleb-Ibrahimi
, and
M.
Grioni
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
1058
(
1998
).
2.
Y. I.
Joe
,
X. M.
Chen
,
P.
Ghaemi
,
K. D.
Finkelstein
,
G. A.
De La Peña
,
Y.
Gan
,
J. C. T.
Lee
,
S.
Yuan
,
J.
Geck
,
G. J.
MacDougall
,
T. C.
Chiang
,
S. L.
Cooper
,
E.
Fradkin
, and
P.
Abbamonte
,
Nat. Phys.
10
,
421
(
2014
).
3.
M. J.
Hollander
,
Y.
Liu
,
W.-J.
Lu
,
L.-J.
Li
,
Y.-P.
Sun
,
J. A.
Robinson
, and
S.
Datta
,
Nano Lett.
15
,
1861
(
2015
).
4.
G.
Liu
,
B.
Debnath
,
T. R.
Pope
,
T. T.
Salguero
,
R. K.
Lake
, and
A. A.
Balandin
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
845
(
2016
).
5.
K.
Takase
,
S.
Hiramoto
,
T.
Fukushima
,
K.
Sato
,
C.
Moriyoshi
, and
Y.
Kuroiwa
,
Appl. Phys. Express
10
,
123001
(
2017
).
6.
M.
Mahajan
and
K.
Majumdar
,
ACS Nano
14
,
6803
(
2020
).
7.
J. A.
Wilson
,
F. J.
Di Salvo
, and
S.
Mahajan
,
Adv. Phys.
24
,
117
(
1975
).
8.
R.
Misra
,
M.
McCarthy
, and
A. F.
Hebard
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
052905
(
2007
).
9.
B.
Sipos
,
A. F.
Kusmartseva
,
A.
Akrap
,
H.
Berger
,
L.
Forró
, and
E.
Tutiš
,
Nat. Mater.
7
,
960
(
2008
).
10.
A. W.
Tsen
,
R.
Hovden
,
D.
Wang
,
Y. D.
Kim
,
J.
Okamoto
,
K. A.
Spoth
,
Y.
Liu
,
W.
Lu
,
Y.
Sun
,
J. C.
Hone
,
L. F.
Kourkoutis
,
P.
Kim
, and
A. N.
Pasupathy
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
,
15054
(
2015
).
11.
D.
Costanzo
,
S.
Jo
,
H.
Berger
, and
A. F.
Morpurgo
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
339
(
2016
).
12.
A. K.
Geremew
,
S.
Rumyantsev
,
F.
Kargar
,
B.
Debnath
,
A.
Nosek
,
M. A.
Bloodgood
,
M.
Bockrath
,
T. T.
Salguero
,
R. K.
Lake
, and
A. A.
Balandin
,
ACS Nano
13
,
7231
(
2019
).
13.
T.
Patel
,
J.
Okamoto
,
T.
Dekker
,
B.
Yang
,
J.
Gao
,
X.
Luo
,
W.
Lu
,
Y.
Sun
, and
A. W.
Tsen
,
Nano Lett.
20
,
7200
(
2020
).
14.
G.
Grüner
,
Rev. Mod. Phys.
60
,
1129
(
1988
).
15.
S. V.
Zaitsev-Zotov
,
Phys.-Usp.
47
,
533
(
2004
).
16.
L.
Ma
,
C.
Ye
,
Y.
Yu
,
X. F.
Lu
,
X.
Niu
,
S.
Kim
,
D.
Feng
,
D.
Tománek
,
Y. W.
Son
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Nat. Commun.
7
,
10956
(
2016
).
17.
T.
Ishiguro
and
H.
Sato
,
Phys. Rev. B
44
,
2046
(
1991
).
18.
M.
Wuttig
and
N.
Yamada
,
Nat. Mater.
6
,
824
(
2007
).
19.
Y.
Wu
,
M.
Bao
,
A.
Khitun
,
J. Y.
Kim
,
A.
Hong
, and
K. L.
Wang
,
J. Nanoelectron. Optoelectron.
4
,
394
(
2010
).
20.
I.
Vaskivskyi
,
I. A.
Mihailovic
,
S.
Brazovskii
,
J.
Gospodaric
,
T.
Mertelj
,
D.
Svetin
,
P.
Sutar
, and
D.
Mihailovic
,
Nat. Commun.
7
,
11442
(
2016
).
21.
G.
Liu
,
E. X.
Zhang
,
C. D.
Liang
,
M. A.
Bloodgood
,
T. T.
Salguero
,
D. M.
Fleetwood
, and
A. A.
Balandin
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
1724
(
2017
).
22.
A. G.
Khitun
,
A. K.
Geremew
, and
A. A.
Balandin
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
1449
(
2018
).
23.
A.
Mohammadzadeh
,
S.
Baraghani
,
S.
Yin
,
F.
Kargar
,
J. P.
Bird
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
093102
(
2021
).
24.
A.
Jánossy
,
C.
Berthier
, and
P.
Ségransan
,
Phys. Scr.
T19B
,
578
(
1987
).
25.
A.
Prodan
,
N.
Jug
,
H. J. P.
van Midden
,
H.
Böhm
,
F. W.
Boswell
, and
J. C.
Bennett
,
Phys. Rev. B
64
,
115423
(
2001
).
26.
R. M.
Fleming
,
L. F.
Schneemeyer
, and
D. E.
Moncton
,
Phys. Rev. B
31
,
899
(
1985
).
27.
B.
Horovitz
and
J. A.
Krumhansl
,
Phys. Rev. B
29
,
2109
(
1984
).
28.
F. J.
DiSalvo
and
R. M.
Fleming
,
Solid State Commun.
35
,
685
(
1980
).
29.
A. K.
Geremew
,
S.
Rumyantsev
,
B.
Debnath
,
R. K.
Lake
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
163101
(
2020
).
30.
A. A.
Sinchenko
,
P.
Lejay
, and
P.
Monceau
,
Phys. Rev. B
85
,
241104
(
2012
).
31.
G.
Liu
,
S.
Rumyantsev
,
M. A.
Bloodgood
,
T. T.
Salguero
, and
A. A.
Balandin
,
Nano Lett.
18
,
3630
(
2018
).
32.
R.
Salgado
,
A.
Mohammadzadeh
,
F.
Kargar
,
A.
Geremew
,
C.-Y.
Huang
,
M. A.
Bloodgood
,
S.
Rumyantsev
,
T. T.
Salguero
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Express
12
,
037001
(
2019
).
33.
P.
Dutta
and
P. M.
Horn
,
Rev. Mod. Phys.
53
,
497
(
1981
).
34.
A. A.
Balandin
,
Noise and Fluctuations Control in Electronic Devices
(
American Scientific Publishers
,
2002
).
35.
J. W.
Park
,
G. Y.
Cho
,
J.
Lee
, and
H. W.
Yeom
,
Nat. Commun.
10
,
4038
(
2019
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.