Dinámica vibracional de nanoestructuras semiconductoras bidimensionales: superredes y dicalcogenuros de metales de transición.
Las propiedades vibracionales tienen una participación fundamental en la determinaci ón de las propiedades físicas de los materiales en general. En particular, en materiales semiconductores, los fonones (cuantos de vibración) son los principales portadores de calor y su interacción con los portad...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/812/1/Soubelet.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Las propiedades vibracionales tienen una participación fundamental en la determinaci
ón de las propiedades físicas de los materiales en general. En particular, en
materiales semiconductores, los fonones (cuantos de vibración) son los principales portadores
de calor y su interacción con los portadores de carga define gran parte de sus
propiedades, como por ejemplo la conductividad térmica y eléctrica. Por esta razón,
el estudio de los modos vibracionales y su interacción con los portadores de carga en
estructuras fabricadas con estos materiales tiene un gran interés, no sólo desde el punto
de vista de su física fundamental, sino también desde el punto de vista tecnológico.
A lo largo de este trabajo de tesis se estudió exhaustivamente la dinámica vibracional
de dos tipos diferentes de sistemas semiconductores, los cuales permiten, bajo
determinadas circunstancias, ejercer control sobre sus diferentes excitaciones elementales
como ser excitones y fonones, y la interacción de estos con fotones. Estos sistemas
son, por un lado, las superredes semiconductoras del tipo III-V y, por otro, los semiconductores
de multicapas moleculares.
El primer caso analizado corresponde al de heteroestructuras de GaAs/AlAs crecidas
epitaxialmente, en las cuales se ven fuertemente modificadas las densidades de
estados electrónica y vibracional. En esta clase de estructuras se basan una gran cantidad
de dispositivos optoelectrónicos actuales (diodos emisores, láseres de estados sólido,
etc.).
El segundo sistema semiconductor lo constituyen los dicalcogenuros de metales de
transición. Esta novedosa clase de materiales está formada por capas moleculares bidimensionales
y, mediante exfoliación, es posible aislar monocapas de dimensiones atómicas,
cuyas propiedades mecánico-estructurales, ópticas y electrónicas han despertado
un interés sin precedentes en la comunidad científica y tecnológica. Su utilización en
combinación con otros calcogenuros ha impulsado nuevas escalas de miniaturización
de diferentes dispositivos multifuncionales. En este trabajo nos hemos centrado en el
estudio de un dicalcogenuro en particular, el diseleniuro de molibdeno (MoSe2).
Ambos sistemas se estudiaron por medio de la técnica de espectroscopía Raman,
una técnica que ha demostrado, a lo largo de las últimas cinco décadas, ser muy adecuada
para acceder a la información espectral de los modos acústicos presentes en estas
estructuras. Para el caso de las superredes, mediante esta técnica, se propuso la utilizaci
ón de esquemas de dispersión novedosos y diferentes a los usuales. Se propuso una
estructura de guía de onda híbrida, acústica y óptica a la vez, en la cual los modos
vibracionales que se generan poseen un vector de onda en el plano de la superred y
se encuentran guiados a través de la misma. Estas geometrías de dispersión permiten
tener acceso a modos acústicos transversales que están prohibidos bajo geometrías de
dispersión usuales.
En los semiconductores multicapa la espectroscopía Raman permitió la caracterizaci
ón exhaustiva de los modos vibracionales de muestras de MoSe2, en función del
número de capas moleculares (desde una única monocapa hasta el caso masivo), hall
ándose características espectrales no informadas hasta la fecha en la literatura. Finalmente,
se hicieron experimentos de espectroscopía Raman resonante con los distintos
estados electrónicos del material permitiendo, de este modo, el estudio del acoplamiento
fotón-excitón. La dinámica de estos fonones, directamente en el espacio temporal,
fue estudiada por medio de la técnica de espectroscopía ultrarrápida. El método utilizado
fue el de "bombeo y sondeo" (comúnmente denominado pump-probe), donde se
estudia la evolución de fonones acústicos, generados coherentemente por medio de una
excitación impulsiva de la muestra provista por pulsos láser ultracortos.
En el caso de las superredes, estos experimentos permitieron poner a prueba la
estructura de guía de onda acústica. Por otro lado, al realizar experimentos sintonizando
la energía del láser de excitación en torno a la energía de los estados electrónicos
confinados, fue posible evaluar y estudiar directamente en el espacio temporal el acoplamiento
entre los estados electrónicos y vibracionales, así como los efectos de generación
resonante de fonones acústicos coherentes.
Para el caso de los semiconductores multicapa, la técnica de pump-probe permitió
realizar un estudio detallado de la vida media de uno de los modos vibracionales propios
de esta clase de sistemas, el modo de "respiración intercapa" (breathing mode). Finalmente,
analizando este modo particular que evidencia directamente el acoplamiento
intercapa, se estudiaron los efectos de adhesión de estas muestras al substrato. Al ser
sometidos a la condición de contorno del substrato, se observaron cambios muy signifi-
cativos respecto a las muestras suspendidas, no sólo en la parte fonónica sino, también,
sobre sus estados excitónicos.
Si bien el trabajo tiene su foco principalmente en el área de la física experimental,
presentamos diversos modelos teóricos fenomenológicos que explican conceptualmente
gran parte de las observaciones realizadas. |
|---|