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Title in Portuguese: Éxcitons inter-camada em heteroestruturas de Van der Waals na presença de um campo elétrico perpendicular
Author: Barbosa, Daniel Queiroz
Advisor(s): Andrey Chaves
Keywords: Campos elétricos
Complexos metálicos de transição
Exciton theory
Issue Date: 2018
Citation: BARBOSA, D. Q. Éxcitons inter-camada em heteroestruturas de Van der Waals na presença de um campo elétrico perpendicular. 2018. 41 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Éxciton é uma quasi-partícula formada pelo estado ligado do par elétron-buraco que surge em semicondutores quando um elétron na banda de valência é excitado para a banda de condução. Neste trabalho, estudamos a energia de ligação de éxcitons intercamadas (que ocorrem quando o par e-h está em camadas diferentes no espaço real) que se formam em heteroestruturas semicondutoras bidimensionais. Investigamos 3 sistemas diferentes para obter informações sobre o comportamento da energia de ligação do éxciton como uma função de um campo elétrico externo aplicado na direção perpendicular ao plano das camadas. Primeiramente analisamos uma heterobicamada formada por MoS2/WSe2, e depois as heterotricamadas formadas por MoS2/WSe2/MoS2 e WSe2/MoS2/WSe2. Consideramos que, devido a blindagem dielétrica, a intereção do par elétron-buraco não será mais o potencial de Coulomb. A fim de achar a forma desse potencial, resolvemos a equação de Poisson em um meio com N interfaces, cada uma representando a junção entre as camadas de materiais. Utilizamos o modelo de massa efetiva e o modelo tight-binding para construir o Hamiltoniano do éxciton em cada sistema. Em seguida diagonalizamos esse Hamiltoniano para obter a energia de ligação do éxciton. Analisamos também o comportamento das funções de onda, estando principalmente interessados na sobreposições dessas funções, a qual está diretamente relacionada a probabilidade de recombinação do éxciton e, consequentemente, à intensidade de fotoluminescência.
Abstract: Excitons are quasi-particles formed by an bound electron-hole pair that appear in semiconductors when an electron in the valence band is excited to the conduction band. In this work, we study the binding energy of interlayer excitons (which occur when the e-h pair is located in differentlayers in real space) which appear in two dimensional semiconducting heterostructures. We investigate three different systems to probe the exciton binding energy as a function of an external perpendicular electric field. First, we analyse a heterobilayer consisting of MoS2/WSe2, and heterotrilayers consisting of MoS2/WSe2/MoS2 and WSe2/MoS2/WSe2. In our model, the heterostructures are encapsulated by hexagonal boron nitride and the medium between the layers is vacuum. Due the dielectric screening, the interaction potential between the electron-hole pair is no longer Coulombian. In order to find this potential we solve the Poisson equation in a medium with N interfaces. We use the effective mass and the tight-binding models to construct the exciton Hamiltonian in each system. Finally, we study the behavior of the exciton wave function, focusing on their degree of overlap.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/41093
metadata.dc.type: TCC
Appears in Collections:FÍSICA-BACHARELADO - Monografias

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