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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/58609| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Éxcitons intra- e inter-camada em heteroestruturas de van der Waals controlados por campo elétrico perpendicular |
| Autor(es): | Barbosa, Daniel Queiroz |
| Orientador: | Chaves, Andrey |
| Palavras-chave: | Éxcitons Intercamada;Éxcitons;Heteroestruturas de van der Waals;Efeito Stark |
| Data do documento: | 2021 |
| Citação: | BARBOSA, D. Q. Éxcitons intra- e inter-camada em heteroestruturas de van der Waals controlados por campo elétrico perpendicular. 65 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021. |
| Resumo: | Um sólido de van der Waals se caracteriza pelo empilhamento de várias camadas atômicas de materiais bidimensionais que interagem entre si através da força de van der Waals. Já é possível isolar essas camadas e empilhá-las junto a camadas de materiais diferentes para formar o que chamamos de heteroestrutura de van der Waals. Éxcitons, quasi-partículas formadas pelo estado ligado do par elétron-buraco (e - h), surgem em semicondutores quando um elétron na banda de valência é excitado para a banda de condução. Em heteroestruturas de van der Waals, éxcitons intercamada podem se formar quando o estado ligado do par e - h está em camadas diferentes no espaço real. Acessar e controlar os éxcitons intercamada e sua relação com os éxcitons intracamada convencionais é fundamental para o desenvolvimento de novas tecnologias que requerem longo tempo de vida e alta energia de éxcitons, como fotodetectores e células solares. Neste trabalho consideramos heterobicamadas e heterotricamadas, formadas por dicalcogenetos de metais de transição, em diferentes configurações. Investigamos o comportamento da energia de ligação e da distribuição espacial de éxcitons como uma função de um campo elétrico externo, na direção perpendicular ao plano das camadas. Primeiramente, encontramos uma expressão analítica para as funções dielétricas em bicamadas e tricamadas, encapsuladas ou não por outros materiais. Devido à blindagem dielétrica, a interação do par elétron-buraco não será mais o potencial de Coulomb. A fim de achar a forma desse potencial, resolvemos a equação de Poisson em um meio com N interfaces, representando as interfaces entre as diferentes camadas. Em seguida, investigamos heterobicamadas e heterotricamadas formadas por MoS2, MoSe2, WS2 e WSe2, em diferentes configurações, dentre elas, sistemas simétricos com relação ao plano da camada central, e sistemas assimétricos, onde o substrato e a camada acima da heteroestrutura são compostas de materiais diferentes. Utilizamos um modelo híbrido entre a aproximação de massa efetiva e o modelo tight-binding para construir o Hamiltoniano do éxciton em cada sistema. Em seguida, diagonalizamos esse Hamiltoniano para obter a energia de ligação do éxciton. Analisamos também o comportamento das funções de onda, estando principalmente interessados na sobreposição dessas funções. |
| Abstract: | A van der Waals solid is characterized by the vertical stacking of atomic layers that interact with each other through van der Waals forces. It is already possible to isolate layers and to stack them with other layered materials in order to form a so-called van der Waals heterostructure. Excitons are quasiparticles formed by a bound electron-hole (e - h) pair that appear in semiconductors when an electron in the valence band is excited to the conduction band. Interlayer excitons can be created in van der Waals heterostructures when the e - h pair is located in different layers in real space. Accessing and controlling interlayer excitons and their interplay with conventional intralayer excitons is crucial to develop novel technologies which require long lifetimes and high energy excitons such as photodetectors and solar cells. In this work, we consider transition metal dichalcogenides heterobilayers and heterotrilayers in different configurations. We investigate the behavior of the exciton binding energy as well as the exciton probability distribution as a function of an external electric field applied perpendicularly to the plane of the stacked layers. First, we find an analytical expression for the dielectric functions in bilayers and trilayers systems, encapsulated or not by other materials. Due to the dielectric screening, the interaction potential between the electron-hole pair is no longer the Coulomb potential. In order to find this potential, we solve the Poisson equation in a medium with N interfaces, which represent the interfaces between different layers. Then, we investigate MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2 heterobilayers and heterotrilayers in different symmetric and asymmetric (where the substrate and the layer above the heterostructure are composed of different materials) configurations with respect to the central layer plane. We use a hybrid model involving the effective mass approach and the tight-binding model to construct the exciton Hamiltonian for each system. Finally, we study the behavior of the exciton wave functions, focusing mainly on their degree of electron-hole overlap. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/58609 |
| Aparece nas coleções: | DFI - Dissertações defendidas na UFC |
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