dissertação
Anisotropy of the raman and infrared optical activity on layered metal monochalcogenides: GaSe and GeSe
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
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Departamento de Física
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Física
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Os recentes desenvolvimentos na área de materiais bidimensionais (2D) tem dado novo impulso
aos estudos de nanomateriais. Em razão disto, desde a descoberta do grafeno por Novoselov e
Geim em 2004, as pesquisas sobre estes materiais tem crescido rapidamente. O grafeno possui
propriedades mecânicas, elétricas, térmicas e ópticas, únicas e com grande potencial em aplica-
ções tecnológicas. Entretanto, diversos dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos requerem um
band gap, e a busca por semicondutores de baixa dimensionalidade com band gap no intervalo
eletromagnético do infravermelho ao visível torna-se então um campo ativo. Vários materiais
bidimensionais, como os metais de transição dicalcogenetos, os monocalcogenetos de metais
de pós-transição e os monocalcogenetos do grupo IV, têm sido alvos de pesquisas visando suas
promissoras aplicações tecnológicas. Este trabalho visa estudar as propriedades ópticas de dois
destes materiais: o monocalcogeneto de metal de pós-transição, seleneto de gálio (GaSe); e o
monocalcogeneto pertencente ao grupo IV, seleneto de germânio (GeSe). O GaSe é um semicondutor laminar com propriedades lubrificante, optoeletrônica, fotovoltaica e óptica não-linear,
potencialmente promissoras em aplicações tecnológicas. Entretanto, ainda é muito pouco explorado em termos de engenharia de tensão (do inglês strain engineering). Este trabalho estuda
teoricamente a evolução dos modos ópticos ativos nas espectroscopias Raman e infravermelho para uma monocamada de GaSe quando submetida a uma tensão uniaxial. Os resultados
obtidos tornam mais claros alguns aspectos fundamentais de engenharia de tensão aplicada ao
desenvolvimento de nano-sensores de pressão, e trazem, por meio de espectroscopia Raman,
uma forma rápida e confiável de identificar a estrutura e a orientação cristalográfica da amostra.
Tanto os resultados para as propriedades dependentes de simetria, como a atribuição de simetria
do modo e regras de seleção para a atividade no Raman e no infravermelho, podem ser estendidos a todos os materiais isoestruturais. O GeSe é outro semicondutor laminar, porém com uma
estrutura ortorrômbica intrínseca. Esta simetria anisotrópica tem atraído particular interesse aos
materiais de sua família, devido a, por exemplo, sua esperada resposta óptica anisotrópica, embora a literatura ainda careça de trabalhos neste âmbito para o GeSe. Este trabalho investiga a
reposta óptica anisotrópica do GeSe por meio de espalhamento Raman polarizado em um floco
(do inglês flake) monocristalino fino. Os resultados apresentados mostram a dependência angular dos modos ativos no Raman, obtidos por meio de medições experimentais, assim como sua
concordância com resultados do modelo teórico. Este trabalho busca por uma nova ferramenta
para a obtenção da orientação cristalográfica do GeSe e incrementam o conhecimento sobre sua
resposta óptica, pré-requisitos fundamentais neste campo de pesquisa e para futuras aplicações
tecnológicas.
Abstract
Recent developments in the area of two-dimensional (2D) materials have given new impetus
to the studies of nanomaterials. Thence, since the discovery of graphene by Novoselov and
Geim in 2004, researches on these materials have increased quickly. Graphene has mechanical,
electrical, thermal, and optical unique physical properties with promising potential in technological applications. However, diverse electronic and optoelectronic devices require a band gap,
and the quest for new low-dimensional semiconductors with band gap in the infrared to visible
electromagnetic range is an active field. Several other two-dimensional materials, such as transition metal dichalcogenides (TMD’s), post-transition metal monochalcogenides, and the group
IV monochalcogenides, have been subjects of research aimed at their promising technological
applications. This work aims to study the optical properties of two of these materials: the posttransition metal monochalcogenide gallium selenide (GaSe), and the one belonging to the group
IV monochalcogenide, germanium selenide (GeSe). The GaSe is a layered semiconductor with
lubricating, optoelectronic, photovoltaic and non-linear optics properties, potentially promising
in technological applications. However it is still little explored in terms of strain engineering.
This work theoretically studies the evolution of active optical modes in Raman and infrared
spectroscopies for a GaSe monolayer when subjected to an uniaxial strain. The obtained results
clarify some fundamental aspects of strain engineering for the development of nanostructured
strain sensors and, through Raman spectroscopy, bring a fast and reliable strategy to identify the
structure and crystallographic orientation of the sample. The results for symmetry dependent
properties, as mode symmetry assignment and selection rules for Raman and infrared activity,
can be extended to all isostructural materials. The GeSe is another layered semiconductor,
but with an intrinsic orthorhombic structure. This anisotropic symmetry has attracted particular interest to the materials of its family due to, for example, the expected anisotropic optical
response, although the literature still lacks work in this field for the GeSe. This work investigates the anisotropic optical response of the GeSe by polarized Raman scattering in a thin
flake. The results, obtained by experimental measurements, show the angular dependence of
the Raman active modes, as well as their agreement with results of the theoretical model. This
work provides a new tool to obtain the crystallographic orientation of the GeSe and increase the
knowledge about its optical response, fundamental prerequisites for both this research field and
future technological applications.
Descrição
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Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
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Impacto da pesquisa
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Citação
SANTOS, D. S. Anisotropy of the raman and infrared optical activity on layered metal monochalcogenides: GaSe and GeSe. 2017. 59 p. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2017.
