Among group VI transition metal dichalcogenides, MoTe2 is predicted to have the smallest energy offset between semiconducting 2H and semimetallic 1T′ states. This makes it an attractive phase change material for both electronic and optoelectronic applications. Here, we report fast, nondestructive, and full phase change in Al2O3-encapsulated 2H-MoTe2 thin films to 1T′-MoTe2 using rapid thermal annealing at 900 °C. Phase change was confirmed using Raman spectroscopy after a short annealing duration of 10 s in both vacuum and nitrogen ambient. No thickness dependence of the transition temperatures was observed for flake thickness ranging from 1.5 to 8 nm. These results represent a major step forward in understanding the structural phase transition properties of MoTe2 thin films using external heating and underline the importance of surface encapsulation for avoiding thin film degradation.

1.
K.-A. N.
Duerloo
,
Y.
Li
, and
E. J.
Reed
,
Nat. Commun.
5
,
4214
(
2014
).
2.
M.
Wuttig
and
N.
Yamada
,
Nat. Mater.
6
,
824
(
2007
).
3.
M.
Wang
,
F.
Lin
, and
M.
Rais-Zadeh
,
IEEE Microwave Mag.
17
,
70
(
2016
).
4.
S. R.
Nandakumar
,
M.
Le Gallo
,
I.
Boybat
,
B.
Rajendran
,
A.
Sebastian
, and
E.
Eleftheriou
,
J. Appl. Phys.
124
,
152135
(
2018
).
5.
M.
Xu
,
X.
Mai
,
J.
Lin
,
W.
Zhang
,
Y.
Li
,
Y.
He
,
H.
Tong
,
X.
Hou
,
P.
Zhou
, and
X.
Miao
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
2003419
(
2020
).
6.
H.
Ryu
,
Y.
Lee
,
H.-J.
Kim
,
S.-H.
Kang
,
Y.
Kang
,
K.
Kim
,
J.
Kim
,
B. E.
Janicek
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P. Y.
Huang
,
H.
Cheong
,
I.-H.
Jung
,
K.
Kim
,
Y.-W.
Son
, and
G.-H.
Lee
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2107376
(
2021
).
7.
R.
Ma
,
H.
Zhang
,
Y.
Yoo
,
Z. P.
Degregorio
,
L.
Jin
,
P.
Golani
,
J.
Ghasemi Azadani
,
T.
Low
,
J. E.
Johns
,
L. A.
Bendersky
,
A. V.
Davydov
, and
S. J.
Koester
,
ACS Nano
13
,
8035
(
2019
).
8.
L.
Tao
,
Y.
Zhou
, and
J.-B.
Xu
,
J. Appl. Phys.
131
,
110902
(
2022
).
9.
M.
Jafari
,
L. J.
Guo
, and
M.
Rais-Zadeh
, in
Micro-Nanotechnology Sensors, Systems, and Applications XI
(
International Society for Optics and Photonics
,
2019
), p.
109820W
.
10.
Q.
Wang
,
E. T. F.
Rogers
,
B.
Gholipour
,
C.-M.
Wang
,
G.
Yuan
,
J.
Teng
, and
N. I.
Zheludev
,
Nat. Photonics
10
,
60
(
2016
).
11.
P.
Ma
,
N.
Flöry
,
Y.
Salamin
,
B.
Baeuerle
,
A.
Emboras
,
A.
Josten
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
L.
Novotny
, and
J.
Leuthold
,
ACS Photonics
5
,
1846
(
2018
).
12.
M. B.
Vellinga
,
R.
de Jonge
, and
C.
Haas
,
J. Solid State Chem.
2
,
299
(
1970
).
13.
D. H.
Keum
,
S.
Cho
,
J. H.
Kim
,
D.-H.
Choe
,
H.-J.
Sung
,
M.
Kan
,
H.
Kang
,
J.-Y.
Hwang
,
S. W.
Kim
,
H.
Yang
,
K. J.
Chang
, and
Y. H.
Lee
,
Nat. Phys.
11
,
482
(
2015
).
14.
T. A.
Empante
,
Y.
Zhou
,
V.
Klee
,
A. E.
Nguyen
,
I. H.
Lu
,
M. D.
Valentin
,
S. A.
Naghibi Alvillar
,
E.
Preciado
,
A. J.
Berges
,
C. S.
Merida
,
M.
Gomez
,
S.
Bobek
,
M.
Isarraraz
,
E. J.
Reed
, and
L.
Bartels
,
ACS Nano
11
,
900
(
2017
).
15.
J. C.
Park
,
S. J.
Yun
,
H.
Kim
,
J.-H.
Park
,
S. H.
Chae
,
S.-J.
An
,
J.-G.
Kim
,
S. M.
Kim
,
K. K.
Kim
, and
Y. H.
Lee
,
ACS Nano
9
,
6548
(
2015
).
16.
P.
Tsipas
,
S.
Fragkos
,
D.
Tsoutsou
,
C.
Alvarez
,
R.
Sant
,
G.
Renaud
,
H.
Okuno
, and
A.
Dimoulas
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1802084
(
2018
).
17.
Y.
Wang
,
J.
Xiao
,
H.
Zhu
,
Y.
Li
,
Y.
Alsaid
,
K. Y.
Fong
,
Y.
Zhou
,
S.
Wang
,
W.
Shi
,
Y.
Wang
,
A.
Zettl
,
E. J.
Reed
, and
X.
Zhang
,
Nature
550
,
487
(
2017
).
18.
D.
Zakhidov
,
D. A.
Rehn
,
E. J.
Reed
, and
A.
Salleo
,
ACS Nano
14
,
2894
(
2020
).
19.
A.
Nipane
,
D.
Karmakar
,
N.
Kaushik
,
S.
Karande
, and
S.
Lodha
,
ACS Nano
10
,
2128
(
2016
).
20.
C. J.
McClellan
,
E.
Yalon
,
K. K. H.
Smithe
,
S. V.
Suryavanshi
, and
E.
Pop
,
ACS Nano
(
2021
).
21.
S.
Song
,
D. H.
Keum
,
S.
Cho
,
D.
Perello
,
Y.
Kim
, and
Y. H.
Lee
,
Nano Lett.
16
,
188
(
2016
).
22.
S.
Cho
,
S.
Kim
,
J. H.
Kim
,
J.
Zhao
,
J.
Seok
,
D. H.
Keum
,
J.
Baik
,
D.-H.
Choe
,
K. J.
Chang
,
K.
Suenaga
,
S. W.
Kim
,
Y. H.
Lee
, and
H.
Yang
,
Science
349
,
625
(
2015
).
23.
Y.
Tan
,
F.
Luo
,
M.
Zhu
,
X.
Xu
,
Y.
Ye
,
B.
Li
,
G.
Wang
,
W.
Luo
,
X.
Zheng
,
N.
Wu
,
Y.
Yu
,
S.
Qin
, and
X.-A.
Zhang
,
Nanoscale
10
,
19964
(
2018
).
24.
S.-Y.
Chen
,
C. H.
Naylor
,
T.
Goldstein
,
A. T. C.
Johnson
, and
J.
Yan
,
ACS Nano
11
,
814
(
2017
).
25.
W.
Hou
,
A.
Azizimanesh
,
A.
Sewaket
,
T.
Peña
,
C.
Watson
,
M.
Liu
,
H.
Askari
, and
S. M.
Wu
,
Nat. Nanotechnol.
14
,
668
(
2019
).
26.
H.
Nan
,
J.
Jiang
,
S.
Xiao
,
Z.
Chen
,
Z.
Luo
,
L.
Zhang
,
X.
Zhang
,
H.
Qi
,
X.
Gu
,
X.
Wang
, and
Z.
Ni
,
Nanotechnology
30
,
034004
(
2018
).
27.
F.
Zhang
,
H.
Zhang
,
S.
Krylyuk
,
C. A.
Milligan
,
Y.
Zhu
,
D. Y.
Zemlyanov
,
L. A.
Bendersky
,
B. P.
Burton
,
A. V.
Davydov
, and
J.
Appenzeller
,
Nat. Mater.
18
,
55
(
2019
).
28.
P.
Borodulin
,
N.
El-Hinnawy
,
C. R.
Padilla
,
A.
Ezis
,
M. R.
King
,
D. R.
Johnson
,
D. T.
Nichols
, and
R. M.
Young
, in
2017 IEEE MTT-International Microwave Symposium
(
IEEE
,
2017
), pp.
285
288
.
29.
S.
Son
,
S.
Yu
,
M.
Choi
,
D.
Kim
, and
C.
Choi
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
021601
(
2015
).
30.
C.
Ruppert
,
O. B.
Aslan
, and
T. F.
Heinz
,
Nano Lett.
14
,
6231
(
2014
).
31.
R.
Beams
,
L. G.
Cançado
,
S.
Krylyuk
,
I.
Kalish
,
B.
Kalanyan
,
A. K.
Singh
,
K.
Choudhary
,
A.
Bruma
,
P. M.
Vora
,
F.
Tavazza
,
A. V.
Davydov
, and
S. J.
Stranick
,
ACS Nano
10
,
9626
(
2016
).
32.
F.
Ye
,
J.
Lee
,
J.
Hu
,
Z.
Mao
,
J.
Wei
, and
P. X.-L.
Feng
,
Small
12
,
5802
(
2016
).
33.
H.
Zhu
,
Q.
Wang
,
L.
Cheng
,
R.
Addou
,
J.
Kim
,
M. J.
Kim
, and
R. M.
Wallace
,
ACS Nano
11
,
11005
(
2017
).
34.
T. B.
Massalski
,
H.
Okamoto
,
P. R.
Subramanian
, and
L.
Kacprzak
,
ASM Int.
1990
,
2104
.
35.
L.
Yang
,
H.
Wu
,
W.
Zhang
,
Z.
Chen
,
J.
Li
,
X.
Lou
,
Z.
Xie
,
R.
Zhu
, and
H.
Chang
,
Nanoscale
10
,
19906
(
2018
).
36.
Q.
Wang
,
J.
Chen
,
Y.
Zhang
,
L.
Hu
,
R.
Liu
,
C.
Cong
, and
Z.-J.
Qiu
,
Nanomaterials
9
,
756
(
2019
).
You do not currently have access to this content.