Efeitos de temperatura nas propriedades ópticas de semicondutores: simulações ab-initio

Resumo

Os efeitos de temperatura têm um papel importante no desempenho de dispositivos optoeletrônicos, já que estes induzem mudanças significativas nas propriedades eletrônicas e ópticas de diversos materiais. Embora haja um significativo entendimento destes fenômenos em semicondutores convencionais tais como silício e ligas III-V, os efeitos da interação elétron-fônon nos estados fotoexcitados de novos materiais 2D tais como "Black phosphorus" (BP) e seus alótropos ainda estão em fase inicial. Assim, estudos teóricos associados ao acoplamento elétron-fônon são de grande importância para elucidar o seu papel nas propriedades ópticas, e conseguintemente, ajudar no desenho de possíveis dispositivos optoeletrônicos baseados nestes materiais. Nesse sentido, este projeto usará simulações ab-initio baseadas na teoria da aproximação de muitos corpos (aproximação GW) que inclui a dependência explícita da temperatura através de um termo de auto energia que toma conta da interação elétron-fônon. Portanto, estudaremos os efeitos do acoplamento elétron-fônon nas propriedades ópticas de w-GaN bem como em materiais esfoliáveis tais como BP e os seus alótropos. O estudo do w-GaN nos permitirá validar a metodologia com medidas experimentais disponíveis. Para o caso do BP, focaremos na resposta óptica para diferentes incidências da luz polarizada e diferente número de camadas devido a que a anistropica estrutural do BP induz interessantes fenômenos ópticos. Ainda, baseados na regra de ouro de Fermi, exploraremos os efeitos de temperatura sobre o tempo de vida dos excitons, a sua distribuição espacial, intensidade do oscilador de força e transições ópticas, todos eles processos cruciais para determinar o desempenho de dispositivos optoeletrônicos. Por último, proporemos um protótipo de célula solar baseado em heteroestruturas de BP e estudaremos seu desempenho como função da temperatura. (AU)