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Surface interactions in MoS2: a study on the effects of contact on a 2D semiconductor

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Araújo, Daniel Brito de
Orientador(a): Barros, Eduardo Bedê
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
MoS2
Deformação
Nanopartículas de Ouro
Excitons
Plasmons
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/74013
Resumo: ARAÚJO, D. B. Surface interactions in MoS2: a study on the effects of contact on a 2D semiconductor. 2023. 97 f. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
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In the first experiment, the MoS2 was placed in a gold substrate and contacted from the top by a metallic Atomic Force Microscope (AFM) tip. The current-voltage curve of the tip-MoS2-gold heterostructure was measured for different contact forces, an improvement on previously proposed circuit model is done by means of the new "3-diode" model. Through the proposed model we are able to measure the variation of the valence band energy in the MoS2 with respect to the tip's contact force - the rates of change are 0.21, 0.23, and 0.78 meV/nN for the few-layers, three-layers, and two-layers MoS2, respectively. In the second experiment, we placed the MoS2 on top of a gold nanoparticle (NP) supercrystal - a plasmonic structure with high light-matter interaction. We measure and analyse the optical behaviour of the heterostructure with a micro-absorbance setup, noting the excitons in the MoS2 are drastically affected by the evanescent dielectric screening of the supercrystal, with a blue-shift of a few hundred meV in the excitons' resonance energy. The plasmonic modes seem not to vary with the presence of the monolayer semiconductor, but by growing the number of MoS2 layers, the influence of the dipole moment from the excitons leads to a red shift in plasmonic resonance. This thesis also includes a step-by-step description of the supercrystal fabrication procedure developed by collaborators, we show how to grow gold nanoparticles, functionalize their surface and use them to grow supercrystals. This is done in an attempt to spread the knowledge and usage of this new material with record high light-matter interaction.Este trabalho investiga a influência das interações de superfície nas propriedades do semicondutor bidimensional MoS2 quando integrado em heteroestruturas. O trabalho é feito experimentalmente, descrevendo qualitativa e quantitativamente a interação de filmes finos de MoS2 sob diferentes condições de contato. No primeiro experimento, o MoS2 foi colocado em um substrato de ouro e contatado de cima por uma ponta metálica de Microscópio de Força Atômica (AFM). A curva de corrente-tensão da heteroestrutura ponta-MoS2-ouro foi medida para diferentes forças de contato, uma melhoria no modelo de circuito proposto anteriormente é feita por meio do novo modelo "3-diodos". Através do modelo proposto conseguimos medir a variação da energia da banda de valência no MoS2 em relação à força de contato da ponta - as taxas de variação são 0,21, 0,23 e 0,78 meV/nN para poucas camadas , três camadas e duas camadas de MoS2, respectivamente. No segundo experimento, colocamos o MoS2 no topo de um supercristal de nanopartículas de ouro (NP) - uma estrutura plasmônica com alta interação luz-matéria. Medimos e analisamos o comportamento óptico da heteroestrutura com uma configuração de microabsorção, observando que os excitons no MoS2 são drasticamente afetados pela blindagem dielétrica evanescente do supercristal, com um desvio para o azul de algumas centenas de meV na energia de ressonância dos éxcitons. Os modos plasmônicos parecem não variar com a presença de uma monocamada do semicondutor, mas ao aumentar o número de camadas do MoS2, a influência do momento de dipolo dos excitons desvia para o vermelho a ressonância plasmônica. Esta tese também inclui uma descrição passo a passo do procedimento de fabricação de supercristais desenvolvido por colaboradores, mostramos como crescer nanopartículas de ouro, funcionalizar sua superfície e usá-las para crescer supercristais. Isso é feito na tentativa de difundir o conhecimento e o uso desse novo material com recorde de força da interação luz-matéria.MoS2DeformaçãoNanopartículas de OuroExcitonsPlasmonsSurface interactions in MoS2: a study on the effects of contact on a 2D semiconductorSurface interactions in MoS2: a study on the effects of contact on a 2D semiconductorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisengreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74013/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINAL2023_tese_dbaraujo.pdf2023_tese_dbaraujo.pdfapplication/pdf12090050http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74013/1/2023_tese_dbaraujo.pdf30d46ec09bbb6687f477b7beb38fd941MD51riufc/740132023-08-18 14:47:47.161oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-08-18T17:47:47Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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