A theoretical study of strained monolayer transition metal dichalcogenides based on simple band structures
Tek katmanlı gerinimli geçiş metali kalkojenitleri için basit bant yapısına dayalı kuramsal bir çalışma
- Tez No: 603583
- Danışmanlar: PROF. DR. CEYHUN BULUTAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Bu tezin amacı iki boyutlu geçiş metali kalkojenitlerinin (GMD) uygulanan gerinim altında optoelektronik ve geometrik bant özelliklerinin incelenmesidir. Öncelikle iki bant k · p metodu kullanarak asılı MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 ve WSe 2 tek katmanlarında K vadisi optik nitelikleri için birçok gerinim tipi incelendi. Bu basit bant yapısını kullanarak ve varyasyonel düzeyde exitonları hesaba katarak uygun gerinimli örnekler için geniş bir aralıkta benzer photoluminesence verisi elde ettik. Bu modele göre kayma gerinimi, band aralığında veya etkin kütlede hiçbir değişim içermeyerek vadi üzerinde sadece topluca bir dalga vektörü yerdeğişimine sebep olurken, hidrostatik bileşeni üzerinden optoelektronik özellikleri etkiler. Ayrıca esnek alttaşlarda Poisson etkisinin varlığı ya da yokluğu rapor edilen ölçümler için ayrı ayrı incelenmiştir. Buna ek olarak, dairesel kutuplaşma seçiciliğinin açıcı/büzücü gerinimi sayesinde direkt geçiş başlangıcı üstü enerjiler için bozulduğunu/iyileştiğini öngörüyoruz. GMDler diğer ilgi çekici özellikleri yanında geometrik band etkilerini vasıtasız mümkün kılmaktadır. Bu özelliğin gerinim kullanılarak ihtiyaca göre uyarlanması ve geliştirilmesi için çabalar devam etmektedir. İkinci bölümde gerinimli GMDlerin dairesel çiftrenklilik, Berry eğriliği ve yörünge manyetik momentini değerlendirmek için spinsiz iki, üç bant ve spinli dört bant bantyapı yöntemlerinden uygun olanı kullandık. Öncelikle MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 ve WSe 2 için yakında yayınlanmış olan ab initio ve deneysel bant özelliklerine dayanan yeni bir k ·p parametre seti tespit ettik. Setin geçerlilik aralığı bu GMDlerin büyük çoğunluğunda hem değerlik ve hem de iletim bandı için K vadisi kenarından birkaç yüz milielektronvolt yukarısına uzanmaktadır. Bunu Brillouin bölgesinin daha geniş bir kısmına yaymak amacıyla mevcut üç bant sıkı bağ Hamiltonyene gerinim ilave ettik. Bunlara dayanarak; çift eksenli 2.5% çekme gerinimi uygulanması durumunda hem Berry eğriliği hem de yörünge manyetik momenti gerinimsiz değerlerine oranla ikiye katlanabileceğini gösterdik. Bu geliştirilmiş basit bant yapı gereçleri, gerinimli GMD tek katmanlarında ge- ometrik band etkilerinin aygıt modellemesi için uygun olabilir.
Özet (Çeviri)
This doctoral thesis deals with optoelectronic and geometric band properties of two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDs) under applied strain. First, we analyze various types of strain for the K valley optical characteristics of a freestanding monolayer MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 and WSe 2 within a two-band k · p method. By this simple bandstructure combined with excitons at a variational level, we reproduce wide range of available strained-sample photoluminescence data. According to this model strain affects optoelectronic properties. Shear strain only causes a rigid wavevector shift of the valley without any alternation in the bandgap or the effective masses. Also, for flexible substrates under applying stress the presence of Poisson's effect or the lack of it are investigated individually for the reported measurements. Furthermore, we show that circular polarization selectivity decreases/increases by tensile/compressive strain for energies above the direct transition onset. TMDs in addition to their different other attractive properties have rendered the geometric band effects directly accessible. The tailoring and enhancement of these features by strain is an ongoing endeavor. In the second part of this thesis, we consider spinless two and three band, and spinful four band bandstructure techniques appropriate to evaluate circular dichroism, Berry curvature and orbital magnetic moment of strained TMDs. First, we establish a new k · p parameter set for MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 and WSe 2 based on recently released ab initio and experimental band properties. For most of these TMDs its validity range extend from K valley edge to several hundreds of millielectron volts for both valence and conduction band. We introduce strain to an available three band tight-binding Hamiltonian to extend this over a larger part of the Brillouin zone. Based on these we report that by applying a 2.5% biaxial tensile strain, both the Berry curvature and the orbital magnetic moment can be doubled compared to their unstrained values. These simple bandstructure tools can be suitable for the device modeling of the geometric band effects in strained monolayer TMDs.
Benzer Tezler
- Theoretical investigation of structural and electronic properties of some transition metal ansa complexes
Bazı geçiş metali ansa komplekslerinin yapısal ve elektronik özelliklerinin kuramsal incelenmesi
DİLEK YÜKSEL
- Alfa, beta doymamış ketonlardan oluşan yilidlerin kapanma reaksiyon mekanizmalarının teorik olarak incelenmesi
Theoretical investigation on the cyclization reaction mechanisms of ylides derived from unsaturated ketones
MEHMET ALİ ÇELİK
- Katmanlı kompozit panellerin anlık basınç yüküne dinamik cevabı
Dynamic response of laminated composite panels subjected to blast loading
HALİT S. TÜRKMEN
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Bicyclic strained allenes: Incorporation of an allene unit into alpha-pinene and benzonorbornadiene
Bisiklik gerilimli allenler: Allen biriminin alfa-pinen ve benzonorbornadien moleküllerine dahil edilmesi
AKIN AZİZOĞLU
- Cyclic strained allenes: incorporation of an allene unit into alpha-pinene and benzonorbornadiene
Gerilimli bisiklik allenler:allen biriminin alfa-pinen ve benzonorbornadien moleküllerine dahil edilmesi
BENAN KILBAŞ
