Study on the Topological, Electrical and Optical Properties and Carrier Dynamics of 2D Materials

Abstract

Primeiro, propomos um método simples e geral para criar um semimetal robusto topológico de linha nodal, introduzindo vacâncias periódicas na rede. Normalmente as linhas nodais são suprimidas na presença de acoplamento spin-órbita, a menos que sejam protegidas por algumas simetrias topológicas. Transformamos um material bidimensional (2D) em uma rede com simetria não simórfica,removendo periodicamente átomos selecionados. Como estudo de caso, investigamos o borofeno (uma folha de boro semelhante a um favo de mel). O borofeno puro é empregado como referência.Enquanto os cones de Dirac do borofeno puro são separados por acoplamento spin-órbita e troca magnética, linhas nodais robustas emergem no espectro de energia do borofeno com simetria não simórfica. Propomos um modelo 2D eficaz e uma análise de simetria para demonstrar que essas linhas nodais são topológicas e protegidas por um plano de deslizamento não simórfico. Nossas descobertas oferecem uma mudança de paradigma para o projeto de semimetais de linha nodal:em vez de procurar por materiais não simórficos, semimetais robustos de linha nodal podem ser obtidos simplesmente removendo átomos de cristais sim mórficos comuns.Em seguida, estudamos o espectro excitônico do material 2D e os derivados da heteroestrutura. Nossa abordagem leva em consideração a triagem anômala em duas dimensões e a presença de um substrato magnético. A equação de Bethe-Salpeter é resolvida para uma descrição de ligação de partícula independente baseado num DFT cálculo. Obtemos as principais características do espectro óptico analisando a localização na zona de luz dos picos excitônicos. Estudamos o efeito de diferentes formas de empilhamento nas principais características ópticas de heteroestruturas,nomeadamente, as contribuições da interação entre camadas e a validade das polorizações. Com paramos a magnitude absoluta da condutividade óptica linear.Finalmente, investigamos o espalhamento inter/intra vale de portadores em monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição 2D. Uma análise detalhada do espalhamento inter-/intravale elétron-fônon e exciton-fônon é descrita. O espalhamento de elétrons em bandas de condução é estudado por várias equipes, mas o espalhamento de lacunas em bandas de valência nunca foi relatado, devido à grande diferença de energia induzida pelo acoplamento spin-órbita. Para resolver este problema, estudamos a possibilidade de espalhamento por efeito de troca de excitons entre diferentes vales