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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78720
Type: | TCC |
Title: | Efeitos de blindagem eletrostática sobre a energia de excitons em materiais semicondutores bidimensionais |
Authors: | Sa, Sabrina da Silva |
Advisor: | Chaves, Andrey |
Keywords in Brazilian Portuguese : | materiais bidimensionais;dicalcogenetos de metais de transição (TMDs);ambiente dielétrico;excitons |
Keywords in English : | two-dimensional materials;transition metal dichalcogenides (TMDs);dielectric environment;excitons |
Issue Date: | 2024 |
Citation: | SA, S. S. Efeitos de blindagem eletrostática sobre a energia de excitons em materiais semicondutores bidimensionais. 2024. 65 f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Materiais semicondutores bidimensionais têm sido objeto de intensos estudos nos últimos anos e diversas aplicações tecnológicas para tais materiais são esperadas num futuro próximo. Uma classe de semicondutores bidimensionais de muita relevância é a dos dicalcogenetos de metais de transição (TMDs, do inglês "transition metal dichalcogenides"), os quais têm sido demonstrado bastante interessantes para o desenvolvimento da optoeletrônica. Para um entendimento completo da interação luz-matéria e dos fenômenos de absorção e luminescência observados em experimentos com esses materiais, precisamos de um modelo teórico robusto para descrever pares elétron-buraco ligados (excitons) neles. Resultados experimentais têm dado evidências de que a energia de ligação dos excitons neste sistema é alta e muito dependente do ambiente dielétrico em seu entorno (substrato e camadas superiores). Neste trabalho, estudamos propriedades optoeletrônicas dos TMDs, com foco no efeito do ambiente dielétrico sobre as propriedades de excitons. Para isso, desenvolvemos o Hamiltoniano equivalente à rede atômica, obtivemos as bandas de energia e aproximamos estas bandas por parábolas no modelo de massa efetiva, onde os elétrons podem ser tratados efetivamente como quasi-partículas livres. Resolvemos a equação de Schrodinger independente do tempo para encontrar os níveis de energia de excitons assumindo uma interação elétron-buraco obtida através da solução da equação de Poisson, resultando em um potencial não mais Coulombiano, mas com uma forma similar à do potencial de Rytova-Keldysh. Os resultados do nosso modelo para diferentes TMDs sobre substratos e cobertos por outros materiais em várias configurações são comparados com observações experimentais recentes. |
Abstract: | Two-dimensional semiconductor materials have been subject of intense studies in recent years, ans several technological applications for such materials are expected in near future. A very important class of two-dimensional semiconductors is transition metal dichalcogenides (TMDs), which have been show to be suitable for the development of optoelectronics. For a complete undestanding of the light-matter interaction, the absorption, and luminescence phenomena observed in experiments with these materials, we need a robust theorical model to describe the bound electron-hole pairs (excitons) in them. Experimental results have provided evidence that the exciton binding energy in this system is high and very dependent on the surrounding dielectric environment (substrate and upper layers). In this work, we study TMD optoelectronic properties, focusing on the effect of the dielectric environment on the properties of excitons. For that, from the eigenstates of the lattice Hamiltonian of the TMD, we obtained the energy bands and we approximated theses bands by parabolas in the effective mass model, where electrons can be effectively treated as free quasiparticles. We solve the time-independent Schrodinger equation to find the exciton energy levels by assuming an electron-hole interaction obtained through the solution of the Poisson equation, resulting no longer in a Coulomb potential (as it would be expected for free particles), but in a potential with a form similar to that of the Rytova-Keldysh potential. The results of our model for different TMD on substrates and covered with other materials in various configurations are compared with recent experimental observations. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78720 |
Access Rights: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | FÍSICA-BACHARELADO - Monografias |
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