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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/33264
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Title: Energias de ligação dos éxcitons neutros e carregados e emissão de éxcitons escuros em monocamadas de dicalcogenados de metais de transição
Authors: D’Azevedo, Rennan Pinheiro
Orientador(es):: Qu, Fanyao
Assunto:: Éxciton
Propriedades ópticas
Campo magnético
Issue Date: 3-Dec-2018
Citation: D’AZEVEDO, Rennan Pinheiro. Energias de ligação dos éxcitons neutros e carregados e emissão de éxcitons escuros em monocamadas de dicalcogenados de metais de transição. 2018. xi, 68 f., il. Dissertação (Mestrado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Abstract: Monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição (DMT) surgiram recentemente como uma nova classe de semicondutores de gap direto no limite bidimensional. Sua geometria com espessura atômica aumenta consideravelmente a interação coulombiana, assim, a resposta optica das monocamadas de DMT é dominada pelos Wannier-éxcitons. Éxcitons em monocamadas de DMT apresentam grande energias de ligação, um pequeno raio de Bohr, e um grande acoplamento com a luz vísivel. Em contrapartida, o forte acoplamento Spin-Órbita (SOC) do átomo do metal de transição no DMT introduz um splitting de spin de centenas de meV na banda de valência em torno dos pontos K. Enquanto o splitting de spin na banda de condução em torno dos pontos K são de cerca de 30 meV para MoSe2, WSe2 e WS2. Então os elétrons e buracos que constituem um exciton podem ter spins antiparalelos (referidos como exciton singleto) ou spins paralelos (referidos daqui em diante como exciton tripleto). O splitting de spin na banda de condução então contribui para o splitting de energia para os éxciiton singleto e tripleto. Com o spin para baixo (cima) do buraco definido como a falta do spin para cima (baixo) da banda de valência, o éxciton singleto é criado/aniquilado através da conservação de spin na transição óptica, enquanto o éxciton tripleto é criado/aniquilado através da troca de spin. Consequentemente, os éxcitons singletos na monocamada são chamados de éxcitons claros, enquanto o éxciton tripleto são os éxcitons escuros. Além do mais,verificamos que campos magnéticos aumentam a intensidade de fotoluminescência (PL) do éxciton. Em contrapartida, campos magnéticos paralelos a monocamada misturam os estados claros e escuros. Essa mistura dos éxcitons claros e escuros em um campo magnético paralelo permite a recombinação óptica de estados fundamentais inicialmente opticamente inativos. Verificamos que a intensidade da PL de éxcitons escuros "clareados"exibem uma dependência parabólica com o campo magnético. Quando um campo magnético inclinado é utilizado, tanto o splitting de vale de Zeeman quanto o clareamento de éxcitons escuro é observado. Também foi verificado que eles podem der calibrados tanto pela intensidade quanto pela direção do campo magnético. Para fins de aplicação prática, também estendemos nosso estudo sobre o clareamento de éxcitons escuros para campos magnéticos efetivos produzidos por substratos que são isolantes magnéticos ou por efeito Rashba.
Abstract: Monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) have recently emerged as a new class of direct-gap semiconductors in the two-dimensional (2D) limit. Their atomically thin geometry greatly enhances the Coulomb interaction, thus the optical response of monolayer TMDs is dominated by the Wannier type exciton. Excitons in monolayer TMDs exhibit exceptionally large binding energies, small Bohr radius, and strong coupling to the light. On the other hand, the strong spin-orbit coupling (SOC) of the transition metal atom in the TMDs introduces a spin splitting of several hundred meV at the valence band around K-points. Meanwhile the conduction band spin splitting near the K points is also finite ( 30 meV) in MoSe2, WSe2 and WS2. Then the electron and hole constituents of an exciton can either have antiparallel spins (referred h as spin-singlet exciton) or parallel spins (referred hereafter as spin-triplet exciton). The conduction band spin splitting therefore contributes to the energy splitting of the spin singlet and triplet excitons. With the spin-down (-up) hole defined as the vacancy in the spin-up (-down) valence band, the spin-singlet exciton is created/annihilated through the spin-conserving interband optical transition, while the spin-triplet exciton is created/annihilated through the spin-flip interband transitions. Hence the spin-singlet excitons in monolayer is bright exciton and triplet one is optically dark state. In addition, we find that the magnetic field enhances photoluminescence (PL) intensity of exciton. In contrast, parallel magnetic field mixes bright and dark states. Mixing of the dark and bright excitons in an external parallel magnetic field allows the direct optical recombination of the dark exciton ground state, making dark exciton brighten. We find that the brightened dark exciton PL intensity exhibits a parabolic dependence on magnetic field. When a tilte magnetic field is subjected, both Valley Zeeman splitting and dark exciton brightening are observed. Interesting, we found that they can be tuned by both magnitude and direction of external magnetic field. To practical application purpose, we also extended our study about dark exciton brightening to effective magnetic fields produced either by magnetic insulator substrate or by Rashba SOC.
Description: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2018.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Appears in Collections:IF - Mestrado em Física (Dissertações)

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