EXCITONS EM NOVOS MATERIAIS SEMICONDUTORES BIDIMENSIONAIS

Resumo

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 re- levância é a dos dicalcogenetos de metais de transição (TMDCs, do inglês ”transition metal dichalcogenides”), os quais têm sido demonstrado bastante interessantes para o desenvolvimento da optoeletrônica. Para um entendimento completo da in- teração luz-matéria e dos fenômenos de absorção e luminescência observados em experimentos com estes materiais, precisamos de um modelo teórico robusto para descrever os excitons neles. Resultados experimentais têm dado evidências de que a energia de ligação dos excitons neste sistema é alta e muito dependente do am- biente dielétrico em seu entorno (substrato e camadas superiores). Neste trabalho, estudamos propriedades optoeletrônicas dos TMDC, com foco no efeito do ambiente dielétrico sobre as propriedades de excitons. Para isso, desenvolvemos o Hamiltoniano equivalente à rede atomica, 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-partı́culas livres. Resolvemos a equação de Schrodinger independente do tempo para encontrar os nı́veis 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 a forma do potencial de Rytova-Keldysh. Os resultados do nosso modelo para diferentes TMDC sobre substratos e cobertos por outros materiais em várias configurações sãocomparados com observações experimentais recentes.