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Radiative lifetimes of anisotropic 2D excitons
a method development applied to ReS₂ (ReS2)
Richard Bogad
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Kerstin Hummer
DOI
10.25365/thesis.53768
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29375.84686.535065-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
2D-Materialien zeigen interessante Eigenschaften bei niedrigen Produktionskosten, wie zum Beispiel die Supraleitung von Graphen, die elektrooptischen Eigenschaften von MoS2 oder die richtungsabhängigen Eigenschaften von ReS2. Die optischen Eigenschaften dieser Materialien werden von verschiedensten Faktoren und Prozessen beeinflusst. Ein Prozess, der die Lichtemissionseigenschaften maßgebend beeinflusst, ist der strahlende Exzitonen-Zerfallsprozess. Die Lebensdauer dieses Prozesses wurde kürzlich für einige isotrope 2D-Materialien berechnet. In dieser Arbeit werden Formeln, die diese Lebensdauer auch für anisotrope 2D-Materialien beschreiben, aus der Theorie abgeleitet. Weiterführend wird die Berechnung dieser Größen in dem VASP implementiert. Um die Methodenentwicklung zu verifizieren, werden zuerst die isotropen Strukturen MoS2, MoSe2 und MoTe2 untersucht. Die Resultate dieser Berechnungen stimmen gut mit experimentellen Ergebnissen überein. Das Verfahren wird dann auf das anisotrope Material ReS2 angewandt. Das berechnete Absorptionsspektrum stimmt mit den experimentellen Ergebnissen bei Raumtemperatur gut überein. Die errechnete strahlende Exzitonen-Lebensdauer von 5,1ns ist jedoch viel größer als der experimentell bestimmte Wert von 40ps. Dieser Unterschied wird vermutlich durch nicht strahlende Prozesse verursacht, die in dieser Arbeit nicht berücksichtigt werden. Weitere Experimente mit ReS2 und Simulationen mit anderen Materialien sind wünschenswert, um den Exzitonen-Zerfallsprozess in solchen Materialien besser zu verstehen.
Abstract
(Englisch)
2D materials exhibit interesting characteristics at a low production cost: for example, the superconductivity of graphene, the electro-optical properties of MoS2, or the directional dependence of the properties of ReS2. Many different factors and mechanisms influence the optical properties of these materials. A critical process for the light emission characteristics is the exciton radiative decay. The lifetime of this process has recently been computed for some isotropic 2D materials. In this thesis, simple formulas that describe the exciton lifetime for anisotropic 2D materials are derived from the theory. Furthermore, the calculation of these quantities is implemented into the VASP. To validate the development of this method, the isotropic structures MoS2, MoSe2, and MoTe2 are investigated. The results conform well to experimental results. The method is then applied to the anisotropic material ReS2. The computed absorption spectrum conforms well to experimental results at room temperature; however, the calculated radiative exciton lifetime of 5.1ns is much larger than the experimental exciton lifetime of 40ps. This difference is most likely caused by non-radiative processes that are not considered in this thesis. Further experiments with ReS2 and simulations with other materials would be helpful to better understand the exciton decay in such materials.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
2D materials monolayer TMD MoS2 MoSe2 MoTe2 ReS2 DFT GW BSE SCAN VASP band structure effective mass exciton absorption spectrum lifetime decay rate anisotropy
Schlagwörter
(Deutsch)
2D Materialien Monolage TMD MoS2 MoSe2 MoTe2 ReS2 DFT GW BSE SCAN VASP Bandstruktur Effektive Masse Absorptionsspektrum Exziton Lebensdauer Zerfallsrate Anisotropie
Autor*innen
Richard Bogad
Haupttitel (Englisch)
Radiative lifetimes of anisotropic 2D excitons
Hauptuntertitel (Englisch)
a method development applied to ReS₂ (ReS2)
Paralleltitel (Deutsch)
Strahlende Lebensdauer anisotroper 2D-Exzitonen : eine Methodenentwicklung angewandt auf ReS₂ (ReS2)
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
xiii, 111 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Kerstin Hummer
AC Nummer
AC15306639
Utheses ID
47496
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |