Optical spectroscopy of interlayer excitons in the infrared region
Katmanlar arası eksitonların kızıl ötesi bölgede optik spektroskopisi
- Tez No: 1012308
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İBRAHİM SARPKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tek katmanlı geçiş metali dikalkojenitlerinden oluşturulan van der Waals heteroyapıları, elektron ve deliklerin farklı katmanlarda hapsolduğu katmanlar arası eksitonların incelenmesi için çok yönlü bir platform sunmaktadır. Uzun kendiliğinden ışıma yaşam süreleri, dalgaboyu ayarlanabilir fotolüminesans (PL) emisyonu, kalıcı düzlem dışı elektrik dipol momenti ve elverişli elektronik özellikleri sayesinde bu IX'ler, optoelektronik, valleytronics ve kuantum fotonik uygulamaları için umut vericidir. Özellikle, MoS2/WSe2 heteroyapıları, O-band bölgesine yakın kızılötesi bölgede ışıma veren katmanlar arası eksitonları nedeniyle bu uygulamalar açısından umut vaat etmektedir. Bu tezde, MoS2/WSe2 heteroyapılarındaki kızılötesi katmanlar arası eksiton ışımasının optik özellikleri, çeşitli koşullar altında gerçekleştirilen optik spektroskopi yöntemleriyle incelenmiştir. Hem MoS2/WSe2 hetero-çift-katman yapıları hem de WSe2/MoS2/WSe2 hetero-üç-katman yapıları üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Deneysel çalışma, heterojenik yapıların üretimini ve oda sıcaklığı ile kriyojenik ölçümler için mikroskop tabanlı spektroskopi platformlarının geliştirilmesini kapsamaktadır. Bu sistemler kullanılarak kararlı durum fotolüminesans, zaman çözünürlüklü fotolüminesans, sıcaklığa bağlı spektroskopi ve manyeto-fotolüminesans deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, üretilen heterojenik yapılardan belirgin kızılötesi katmanlar arası eksiton ışıması gözlendiğini ve bu ışımanın spektral konumu, şiddeti, yaşam süresi ve manyetik yanıtının çeşitli deneysel koşullara bağlı olarak nasıl değiştiğini ortaya koymaktadır. Çift-katman ve üç-katman bölgelerin karşılaştırılması, simetrik heterojenik yapıları oluşturmak üzere üçüncü katmanın eklenmesinin eksitonik özellikleri belirgin biçimde değiştirdiğini göstermektedir. Özellikle, ışıma dalga boyu, yaşam süresi, dairesel polarizasyon ve Zeeman ayrışmasındaki farklılıklar, üç-katman istiflemenin iki-katman yapılara kıyasla farklı katmanlar arası eksiton özelliklerine yol açtığını göstermektedir. Bu bulgular, katman diziliminin ve katmanlar arası bağlaşımın kızılötesi katmanlar arası eksitonların özelliklerini belirlemedeki rolüne ilişkin önemli bilgiler sunmaktadır. Bu çalışma, MoS2/WSe2 heteroyapılarındaki eksitonik süreçlerin anlaşılmasına katkı sağlamakta ve bu yapıların kızılötesi fotonik, vaditronik platformlar ve gelecekteki kuantum ile telekomünikasyon odaklı teknolojilerde kullanım potansiyelini desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
Van der Waals heterostructures formed from transition metal dichalcogenide (TMDC) monolayers provide a versatile platform for studying interlayer excitons, where electrons and holes are confined in different layers. Owing to their long spontaneous emission lifetimes, tunable photoluminescence (PL) emission, permanent out-of-plane electric dipole moment, and favorable electronic properties, these IXs are promising for optoelectronics, valleytronics, and quantum photonic applications. In particular, MoS2/WSe2 heterostructures are promising for these because of interlayer excitons with emission in the infrared region close to the O-band. This thesis investigates the optical properties of infrared interlayer exciton emission in MoS2/WSe2 heterostructures by means of optical spectroscopy under various experimental conditions. Both MoS2/WSe2 heterobilayers and WSe2/MoS2/WSe2 heterotrilayers were fabricated and characterized. The experimental work includes the fabrication of the heterostructures and the development of microscope-based spectroscopy platforms for both room-temperature and cryogenic measurements. Using these systems, steady-state photoluminescence, time-resolved photoluminescence, temperature-dependent spectroscopy, and magneto-photoluminescence experiments were performed. The results reveal clear infrared interlayer exciton emission from the fabricated heterostructures and show how their spectral position, intensity, lifetime, and magnetic response evolve with various experimental conditions. A comparison between bilayer and trilayer regions demonstrates that the addition of the third layer to form symmetric heterostructures significantly modifies the excitonic properties. In particular, differences in emission wavelength, lifetime, circular polarization, and Zeeman splitting indicate that trilayer stacking leads to distinct interlayer exciton properties compared to bilayers. These findings provide insight into the role of layer arrangement and interlayer coupling in determining the properties of infrared interlayer excitons. Therefore, this work contributes to the understanding of excitonic processes in MoS2/WSe2 heterostructures and supports their potential use in infrared photonics, valleytronic platforms, and future quantum and telecommunication-related technologies.
Benzer Tezler
- Photophysics of interlayer excitons in TMDC heterobilayers
TMDC heteroyapılarındaki katmanlar arası eksitonların fotofiziği
MEHMET ATIF DURMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM SARPKAYA
- Microcavity coupled interlayer excitons in MoSe2-WSe2 heterostructures
Mikrokavite içerisinde entegre MoSe2-WSe2 heteroyapılarında katmanlar arası eksitonlar
ŞEYMA ESRA ATALAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM SARPKAYA
- Real time optical observation of the synthesis of novel 2D materials and investigation of their fundamental properties
Yeni 2D malzemelerin sentezinin gerçek zamanlı optik gözlemi ve temel özelliklerinin incelenmesi
HAMID REZA RASOULI
Doktora
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Ti-6Al-4V/304L malzeme çiftinin bakır aratabaka kullanılarak difüzyon kaynağı ile birleştirilmesi
Diffusion bonding of Ti-6Al-4V/304L steels couple using copper interlayer
BARIŞ BİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. NİYAZİ ÖZDEMİR