Study on the Topological, Electrical and Optical Properties and Carrier Dynamics of 2D Materials

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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorQu, Fanyao-
Autor(es): dc.creatorFujun, Liu-
Data de aceite: dc.date.accessioned2024-10-23T16:36:27Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2024-10-23T16:36:27Z-
Data de envio: dc.date.issued2024-08-05-
Data de envio: dc.date.issued2024-08-05-
Data de envio: dc.date.issued2024-08-04-
Data de envio: dc.date.issued2023-03-03-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/49499-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/912675-
Descrição: dc.descriptionTese (doutorado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.-
Descrição: dc.descriptionPrimeiro, propomos um método simples e geral para criar um semimetal robusto topológico de linha nodal, introduzindo vacâncias periódicas na rede. Normalmente as linhas nodais são suprimidas na presença de acoplamento spin-órbita, a menos que sejam protegidas por algumas simetrias topológicas. Transformamos um material bidimensional (2D) em uma rede com simetria não simórfica,removendo periodicamente átomos selecionados. Como estudo de caso, investigamos o borofeno (uma folha de boro semelhante a um favo de mel). O borofeno puro é empregado como referência.Enquanto os cones de Dirac do borofeno puro são separados por acoplamento spin-órbita e troca magnética, linhas nodais robustas emergem no espectro de energia do borofeno com simetria não simórfica. Propomos um modelo 2D eficaz e uma análise de simetria para demonstrar que essas linhas nodais são topológicas e protegidas por um plano de deslizamento não simórfico. Nossas descobertas oferecem uma mudança de paradigma para o projeto de semimetais de linha nodal:em vez de procurar por materiais não simórficos, semimetais robustos de linha nodal podem ser obtidos simplesmente removendo átomos de cristais sim mórficos comuns.Em seguida, estudamos o espectro excitônico do material 2D e os derivados da heteroestrutura. Nossa abordagem leva em consideração a triagem anômala em duas dimensões e a presença de um substrato magnético. A equação de Bethe-Salpeter é resolvida para uma descrição de ligação de partícula independente baseado num DFT cálculo. Obtemos as principais características do espectro óptico analisando a localização na zona de luz dos picos excitônicos. Estudamos o efeito de diferentes formas de empilhamento nas principais características ópticas de heteroestruturas,nomeadamente, as contribuições da interação entre camadas e a validade das polorizações. Com paramos a magnitude absoluta da condutividade óptica linear.Finalmente, investigamos o espalhamento inter/intra vale de portadores em monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição 2D. Uma análise detalhada do espalhamento inter-/intravale elétron-fônon e exciton-fônon é descrita. O espalhamento de elétrons em bandas de condução é estudado por várias equipes, mas o espalhamento de lacunas em bandas de valência nunca foi relatado, devido à grande diferença de energia induzida pelo acoplamento spin-órbita. Para resolver este problema, estudamos a possibilidade de espalhamento por efeito de troca de excitons entre diferentes vales-
Descrição: dc.descriptionFirst, we propose an simple and general method to create robust topological nodal line semimetal, by introducing periodic vacancies into the lattice. Normally the nodal lines are suppressed in thepresence of spinorbit coupling, unless they are protected by some topological symetries. We turna two-dimensional (2D) material into a lattice with nonsymmorphic symmetry, by periotically removing selected atoms. As a case study, we investigate borophene (a honeycomb-like boron sheet).Pristine borophene is employed as the reference. While the Dirac cones of pristine borophene aregapped out by spinorbit coupling and magnetic exchange, robust nodal lines emerge in the energy spectrum of borophene with nonsymmorphic symmetry. We propose an effective 2D model and a symmetry analysis to demonstrate that these nodal lines are topological and protected by anonsymmorphic glide plane. Our findings offer a paradigm shift to the design of nodal line semimetals: instead of searching for non symmorphic materials, robust nodal line semi-metals may berealized simply by removing atoms from ordinary symmorphic crystals.Next, we study the the excitonic spectrum of 2D material and the heterostructure derivatives. Our approach takes into account the anomalous screening in two dimensions and the presence of amagnetic substrate. The Bethe-Salpeter equation is solved for a DFT-based tight-binding descrip tion of the single particle spectrum. We obtain the main features of the optical spectrum analyzingthe localization in light zone of the excitonic peaks. We study the effect of different stacking formson the main optical features of heterostructures, namely, the contributions of interlayer interaction, and the validity of valley polorizations. We compare the absolute magnitude of the linear optical conductivity.Finally, we investigate the inter-/intra- valley scattering of carriers in 2D transition metaldichalcogenide monolayers. A detailed analysis of the electron-phonon and exciton-phonon inter-/intra- valley scattering is described. The scattering of electrons at conduction bands are studiedby several teams, but the scattering of holes at valence bands is never reported yet, due to thebig energy difference induced by spin-orbit coupling. To solve this issue, we study the scattering possibility by exciton exchange effect between different valleys.-
Descrição: dc.descriptionInstituto de Física (IF)-
Descrição: dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Física-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languageen-
Direitos: dc.rightsAcesso Aberto-
Palavras-chave: dc.subjectÉxciton-
Palavras-chave: dc.subjectMateriais 2D-
Palavras-chave: dc.subjectHeterojunções-
Título: dc.titleStudy on the Topological, Electrical and Optical Properties and Carrier Dynamics of 2D Materials-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional – UNB

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