Espectroscopia de efeitos excitônicos e multi-corpos em materiais bidimensionais

Resumo

Éxcitons em semicondutores bidimensionais (2D), como os dicalcogenetos de metal de transição (TMD), se mostram particularmente interessantes para o estudo de física em sistemas multi-corpos. A baixa dimensionalidade faz com que a sua energia de ligação seja alta o suficiente para torná-los estáveis à temperatura ambiente, enquanto que em cristais tridimensionais a observação de éxcitons em geral requer baixas temperaturas. Da mesma forma, quase-partículas ainda mais complexas, como trions e biéxciton, tornam-se facilmente observáveis em materiais 2D. Além disso, a geometria 2D facilita a manipulação dos níveis energéticos, uma vez que a estrutura eletrônica depende do número de camadas e a energia de ligação dos éxcitons depende do ambiente dielétrico em torno do cristal. Desta forma, é possível ajustar as propriedades ópticas do mesmo tornando-o ideal para construção de dispositivos optoeletrônicos, como emissores e detectores de luz, células fotovoltaicas, dispositivos ópticos não lineares, entre outros. A fim de viabilizar a construção destes dispositivos, o estudo da física fundamental destas quase-partículas em semicondutores 2D é fundamental. Entretanto, o foco das investigações nesta área está atualmente concentrada em TMDs. Por outro lado, existe um grande número de semicondutores lamelares, tais como o fósforo negro (BP), o sulfeto de germânio (GeS) e o seleneto de germânio (GeSe), que requerem maior investigação, e que apresentam propriedades interessantes adicionais, como a anisotropia dos éxcitons e a grande sintonia do \emph{bandgap} com a espessura. Desta forma, neste projeto propomos o estudo de efeitos de multi-corpos em outros materiais semicondutores bidimensionais bem como das consequências de suas propriedades peculiares. Os efeitos do ambiente dielétrico sobre a energia de ligação das quase-partículas serão investigados, assim como os da temperatura sobre as transições ópticas, por meio de fotoluminescência, fotoluminescência de excitação e espectroscopia Raman. O tempo de vida das quase-partículas será investigado por meio de técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo, em função do número de camadas do cristal, do substrato e da temperatura, a fim de compreender e controlar a influência destes na dinâmica das quase-partículas.