Verbeterde Exciton-levensduur in (computationeel ontworpen) 2D-heterostructuren van transitiemetaaldichalcogeniden. 01/10/2024 - 30/09/2028

Abstract

Tweedimensionale transitiemetaaldichalcogeniden (TMDs) heterolagen zijn veelbelovend gebleken voor toekomstige valleytronische, spintronische en kwantumcomputer toepassingen dankzij hun vermogen om ruimtelijk gescheiden excitonen met sterke bindingsenergie en een lange stralingslevensduur te bevatten. Een volledige fysisch begrip van de energetica, de excitatiemechanismen en de dynamica van deze speciale quasideeltjes is echter nog niet bereikt. Bovendien zijn de optimale heterolaagstructuren van de vele alternatieven die langlevende interlaag excitonen kunnen bevatten nog niet experimenteel of theoretisch bepaald. Heterolaag TMD-engineering is in die zin zeer praktisch, aangezien de afstand tussen de lagen, de stapeling, de samenstelling van het TMD en het elektrische veld allemaal een ingrijpende invloed hebben op de opkomende excitonische eigenschappen. Bovendien bieden de "tweezijdige" Janus TMD (JTMD) -structuren (hoogwaardige fabricage is onlangs gerealiseerd) met een intrinsieke uit het vlak gerichte elektrische dipool, extra combinatiemogelijkheden voor een nog veelzijdigere excitonische optimalisatie. Daarom stellen we een zeer nauwkeurig ab initio computationeel raamwerk voor om het directe en indirecte excitonspectrum van TMD/JTMD en TMD/TMD/JTMD (TMD = MoS2, MoSe2, WS2, WSe2; JTMD = MoSSe, WSSe) 2D heterostructuren te onderzoeken. We zijn van plan de excitondynamica, inclusief de fonon-gemedieerde excitonexcitatiesnelheden, computationeel te karakteriseren, en de meest veelbelovende heterolaagkristallen, met ongekende excitonlevensduren voor toepassingen in geavanceerde opto-elektronica en opkomende kwantumtechnologie, te identificeren. Het voorgestelde computationeel rekenraamwerk zal ook bijdragen aan de ontwikkeling van een hedendaagse volledige ab initio modellering en de weg vrijmaken voor een fundamenteel begrip van de fysica van interlaag excitonen, en hun creatie- en annihilatiemechanismen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject