Estudo teórico de propriedades eletrônicas e ópticas de heteroestruturas de van der Waals

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dc.contributor.advisor1Scopel, Wanderlã Luis
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2091-8121
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1465127043013658
dc.contributor.authorPedrosa, Renan Narciso
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-7966-4747
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2460667257000010
dc.contributor.referee1Miwa, Roberto Hiroki
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-1237-1525
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8391413167385647
dc.contributor.referee2Freitas, Jair Carlos Checon de
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-4474-2474
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3074997830683878
dc.contributor.referee3Nascimento, Valberto Pedruzzi
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-9543-5335
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9908042258225541
dc.contributor.referee4Menezes, Marcos Gonçalves de
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-8143-0181
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5945425658332294
dc.date.accessioned2025-03-27T19:33:01Z
dc.date.available2025-03-27T19:33:01Z
dc.date.issued2025-03-10
dc.description.abstractIn this work, we examine the energetic, structural, electronic and optical properties of van der Waals heterostructures, based on first-principles calculations. The investigated interfaces were: (i) silicene/WSSe (metal-semiconductor) interface and (ii) MoSe2/WSSe (semiconductor-semiconductor). For cases (i) and (ii), the results indicate that the formation of the interface is driven by an exothermic process, where a charge transfer from silicene (WSSe) to WSSe (MoSe2) occurs, respectively. Furthermore, the results of the electronic properties show that, for cases (i) and (ii), the formation presents type-I and type-II band alignment characteristics, respectively. The optical properties obtained from the solution of the Bethe-Salpeter equation indicate, for case (i), that the power conversion efficiency of the heterostructure is 2.42 times higher than that of the WSSe (Janus) monolayer. On the other hand, for the MoSe2/WSSe heterobilayer, the lowest-energy excitonic states were verified. The results reveal that the first dipole-allowed state has an interlayer character with a transition rate ∼ 616 times lower than that of the intralayer ones. Consequently, this small transition rate implies a longer radiative lifetime of up to three orders of magnitude higher than that of the lowest-energy intralayer exciton. These findings emphasize that the formation of Janus-based heterobilayers presents a considerable improvement in optical properties compared to monolayers, which indicates their potential for application in optoelectronic devices
dc.description.resumoNeste trabalho, examinam-se as propriedades energéticas, estruturais, eletrônicas e ópticas de heteroestruturas do tipo van der Waals, a partir de cálculos de primeiros princípios. As interfaces investigadas foram: (i) interface siliceno/WSSe (metal-semicondutor) e (ii) MoSe2/WSSe (semicondutor-semicondutor). Para o caso (i) e (ii), os resultados indicam que a formação da interface é conduzida por um processo exotérmico, onde verifica-se uma transferência de carga do siliceno (WSSe) para o WSSe (MoSe2), respectivamente. Além disso, os resultados das propriedades eletrônicas mostram que, para o caso (i) e (ii), a formação apresenta características de alinhamento de banda do tipo-I e tipo-II, respectivamente. As propriedades ópticas obtidas a partir da solução da equação de Bethe-Salpeter indicam, para o caso (i), que a eficiência de conversão de energia da heteroestrutura é 2,42 vezes maior do que a monocamada WSSe (Janus). Por outro lado, para a heterobicamada MoSe2/WSSe, foram verificados os estados excitônicos de menor energia. Os resultados revelam que o primeiro estado permitido por dipolo possui um caráter inter-camada com uma taxa de transição ∼ 616 vezes menor do que as intra-camadas. Consequentemente, essa pequena taxa de transição implica em uma vida útil radiativa mais longa de até três ordens de magnitude maior do que o éxciton intra-camada de menor energia. Essas descobertas enfatizam que a formação de heterobicamadas baseadas em Janus apresenta uma melhora considerável nas propriedades ópticas em relação às monocamadas, o que indica o seu potencial para aplicação em dispositivos opto-eletrônicos
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (Fapes)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/18879
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Física
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectJanus
dc.subjectOpto-eletrônica
dc.subjectÉxciton
dc.subjectEnergia
dc.subjectSemicondutor
dc.subjectMetal
dc.subjectOpto-electronics
dc.subjectExciton
dc.subjectEnergy
dc.subjectSemiconductor
dc.subject.cnpqFísica
dc.titleEstudo teórico de propriedades eletrônicas e ópticas de heteroestruturas de van der Waals
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxemail@ufes.br
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