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Type: Tese
Title: Propriedades vibracionais e ópticas de WSe2 e MoS2: efeitos do número de camadas e da pressão
Authors: Sousa, José Hugo de Aguiar
Advisor: Souza Filho, Antônio Gomes de
Co-advisor: Alencar, Rafael Silva
Keywords in Brazilian Portuguese : Espectroscopia Raman;Altas pressões;Disseleneto de Tungstênio;Dissulfeto de Molibdênio
Keywords in English : Raman spectroscopy;High Pressure;Tungsten diselenide;Molybdenum disulfide
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Issue Date: 2024
Citation: SOUSA, J. H. A. Propriedades vibracionais e ópticas de WSe2 e MoS2: efeitos do número de camadas e da pressão. 2024. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Nesta tese apresentamos estudos de espectroscopia Raman em condições de altas pressões realizados em amostras de disseleneto de tungstênio (WSe2) e dissulfeto de molibdênio (MoS2) na forma de monocamada, tricamada, muitas camadas e bulk. Para as amostras de monocamada de disseleneto de tungstênio todos os modos de primeira e segunda ordem se alargam e se deslocam para altas frequências com o aumento da pressão, apresentando um comportamento monoatômico até pressões de aproximadamente 15 GPa, e modos de vibração de segunda ordem intensificam de forma mais pronunciada para valores de pressão acima. Observando o comportamento do rubi é observado uma transição vítrea do meio transmissor de pressão alterando drasticamente as condições de hidrostaticidade do experimento, induzindo assim uma componente de strain do tipo amostra de monocamada, onde o aumento da intensidade do modo de segunda ordem, especificamente o modo LA é induzido por defeito estrutural. Para a amostra de bulk de disseleneto tungstênio observamos que os modos evoluem com o aumento da pressão também de forma monoatômica e aproximadamente linear, mesmo após a perda de hidrostaticidade do meio transmissor, observando assim uma quebra de degenerescência dos modos A1g e E2g devido às diferenças de repostas ao aumento da pressão, onde é atribuıdo a uma combinação de fônons do tipo LA(M) +TA(M). Na amostra de monocamada de dissulfeto de molibdênio excitado com energia de 2,33 eV não é observado nenhuma mudança significativa até a pressão de 10 GPa. Entretanto, acima desse valor é observado um aumento significativo da intensidade dos modos La e 2LA. Esta intensificação é observada em valores de pressão completamente distintas do que já foi relatado na literatura e esse resultado é atribuído a influência de strain induzida pelo substrato, que no nosso experimento é de magnitude menor. Para o MoS2 realizamos um estudo de espectroscopia Raman em condições de ressonância perto das transições excitônicas A usando energia de 1,96 eV variando a pressão em amostras de monocamada, tricamada e muitas camadas. Nossos resultados mostram um deslocamento linear para a maioria dos modos, exceto para os de segunda ordem LA(K) + TA(K) e 2LA, cujas frequências dependem da pressão de forma não linear. A dependência da pressão dessas bandas é explicada considerando o processo de espalhamento dispersivo que dá origem a esses dois modos, onde as energias do fônon e do éxciton mudam para o azul à medida que a pressão aumenta. Além disso, a ressonância do modo A1g em 1L-MoS2 é alcançada em ∼ 7,0 GPa, enquanto para 3L-MoS2 e muitas camadas de MoS2, ocorre em ∼3,4 GPa. Esta diferença é atribuída ao menor coeficiente de pressão da transição excitônica A para 1L-MoS2, em comparação com 3L-MoS2 e com muitas camadas de MoS2. Nossas descobertas constituem um passo importante para a compreensão e controle das propriedades optoeletrônicas do WSe2 e MoS2 por meio de deformação/pressão, que são relevantes no projeto de novos dispositivos eletrônicos flexíveis.
Abstract: In this work we present Raman spectroscopy studies under high pressure conditious carried out on samples of tugsten diselenide and molybdenum disulfide in the form of monolayer, trilayer, many layers and bulk. For tugsten diselenide monolayer samples, all first and second order mo des broaden and move to high frequencies with increasing pressure, thus exhibiting monotonic behavior up to pressures of approximately 15 GPa, in which the second order vibrational mo des a whose intensify becomes more pronounced for higher pressure values. By observing the behavior of the ruby, a glass transition of the pressure transmitting medium is observed, which drastically alter the hydrostaticity conditions of the experiment, thus inducing a strain compo nent in the monolayer sample. The increase in intensity of the second order mode, specifically the LA mode, is induced by a structural defect. For the tungsten diselenide bulk sample, we observed that the modes evolve with increasing pressure also in a monotonous and approxima tely linear way, even after the loss of hydrostaticity of the transmitting medium. We observed a break in the degeneracy of the A1g and E2g modes due to differences in responses to increa sing pressure, where it is attributed to a combination of phonons labeled LA(M) +TA(M). For the molybdenum disulfide monolayer sample excited with an energy of 2.33 eV, no significant change is observed up to a pressure of 10 GPa. However, above this value and remarkable incre ase in the LA and 2LA modes is observed as pressure increases. In our work, this enhancement is observed at completely different pressure values in the intenrity to this result is due to the influence of strain induced by the substrate, which in our experiment is of smaller magnitude. We carried out Raman study under resonance conditions near A excitonic transitions by using energy of 1.96 eV varying pressure on monolayer, trilayer and many layer samples of molyb denum disulfide. Our studies show a linear shift for most modes, except for the second order LA(K) + TA(K) and 2LA, whose pressure-dependent frequency is nonlinear. The pressure de pendence of these bands is explained by considering the dispersive scattering process that gives rise to these two modes, where the phonon and exciton energies blue shift as the pressure in creases. Furthermore, the A1g mode resonance in 1L-MoS2 is reached at ∼ 7.0 GPa, while for 3L-MoS2 and many layers of MoS2, occurs at ∼ 3.4 GPa. This difference is attributed to the lower pressure coefficient of the excitonic transition A for 1L-MoS2, compared to 3L-MoS2 and the many layers of MoS2. Our findings constitute an important step towards understanding and controlling the optoelectronic properties of WSe2 and MoS2 through strain/pressure, which are relevant in the design of new flexible electronic devices.
Description in Brazilian Portuguese: SOUSA, J. H. A. Propriedades vibracionais e ópticas de WSe2 e MoS2: efeitos do número de camadas e da pressão. 2024. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77247
Access Rights: Acesso Aberto
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