Propriedades óticas e dinâmica de vale de estados excitônicos em monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição

Abstract

Na presente dissertação, investigamos a dinâmica de vale de estados excitônicos em mono- camadas de dicalcogenetos de metais de transição (TMD). Mais especificamente, realizamos

duas pesquisas relacionadas à descrição teórica dessas quasipartículas, estudando a manipulação de suas propriedades para possíveis aplicações em dispositivos optoeletrônicos. Na primeira pesquisa, tratamos da dinâmica de éxcitons e biéxcitons em monocamadas de Mo1−xWxSe2. Para analisar o impacto de diferentes canais de transição, realizamos um estudo sistemático do caso mais simples ao mais complexo. Em contraste com a monocamada binária de WSe2 – caracterizada por baixa intensidade de fotoluminescência (PL) e alta polarização de vale a baixas temperaturas – e com a monocamada de MoSe2 – caracterizada por alta intensidade de PL e baixa polarização –, nossos resultados mostram ser possível construir uma liga ternária, com concentração intermediária de tungstênio, que apresente simultaneamente uma emissão de luz consideravelmente alta e uma orientação ótica eficiente do pseudospin de vale. Na segunda pesquisa, analisamos a emissão de tríons à temperatura ambiente. Nas monocamadas de WSe2, a PL do tríon é detectada usualmente a baixas temperaturas, desaparecendo à temperatura ambiente. Tal característica dificulta em muito aplicações práticas envolvendo tríons nesse material. Com base na análise dos processos de espalhamento e recombinação, identificamos os principais

responsáveis pela falta de emissão de tríons a T = 300 K – em especial, os efeitos das cor- relações de muitos corpos entre estados excitônicos claros e escuros. Com vistas a se atingir

uma intensidade de PL significativa para tríons à temperatura ambiente, com concentrações de portadores de carga facilmente reproduzidas experimentalmente, a redução dos espalhamentos envolvendo estados escuros é necessária. Nossas descobertas sobre ligas de dicalcogenetos de metais de transição e monocamadas de WSe2 negativamente dopadas abrem caminhos para o desenvolvimento de dispositivos valetrônicos e optoeletrônicos de alta performance.