Comportamento excitônico e propriedades topológicas em sistemas de baixa dimensão

Abstract

Esta tese tem como objetivo tratar sobre novas propriedades e comportamentos em sistemas de baixa dimensão, podendo ser dividida em duas ramificações: (i) novas propriedades topológicas achadas em um sistema de elétrons unidimensional com interação spm-órbita de Rashba e Dresselhaus e modulado periodicamente no espaço e (ii) manipulação do grau de liberdade do vale em materiais bidimensionais com assimetria de inversão e possível utilização como portador de informação quântica.

No primeiro estudo, investigamos o diagrama de fase de um isolante unidimensional com elétrons acoplados por interação spin-órbita, que suporta fases com gap trivial e topológico, separadas por superfícies críticas que se cruzam. As interseções definem as linhas multicríti-cas, que, se cruzadas, fazem com que a energia do estado fundamental se torne não analítica, juntamente com um fechamento do gap da banda, mas nenhuma transição de fase ocorre. Esse achado desafia a teoria padrão de transições de fases quânticas, de acordo com a qual uma não analiticidade na energia do estado fundamental e o fechamento do gap implicam em uma transição de fase quântica.

Quanto à informação quântica, estudamos um qubit de exciton de dois níveis que leva em conta o grau de liberdade do vale. Nesse caso, os dois estados de vale são misturados pela interação Coulombiana de troca intervale e podem ser manipulados por um campo magnético externo. Observamos que a intensidade e o sinal do campo magnético externo afetam o pseudospin do vale para diferentes momentos do éxciton.

Finalmente, trabalhamos com ótica excitônica e valetrônica em materiais bidimensionais. Obtivemos resultados para a dinâmica e espalhamento de excitons entre estados excitônicos em heteroestruturas de dicalcogenetos de metais de transição van der Waals MoS2/WS2. Também investigamos o efeito de proximidade magnética, ajustando a polarização do vale, bem como a fotoluminescência de excitons intercamadas, singletos e tripletos de longa vida. Descobrimos que cruzar suas energias para determinados valores de campo de troca produz um pico de fotoluminescência característico próximo ao campo crítico. A grande divisão de energia entre os vales desempenha um papel importante na polarização do vale.