Optical properties of transition metal dichalcogenides on GaAs

Abstract

Os Dicalcogenetos de Metais de Transição (TMDs) são estruturas cristalinas da forma MX2, onde M é um metal de transição, como Mo ou W, e X é um calcogênio, como S ou Se. Eles são estruturas compostas por multicamadas tipo X-M-X com ligações covalentes na camada e de Van der Waals nas interfaces entre camadas. Quando a espessura é reduzida até o limite de uma camada, pode-se observar uma transição de um semicondutor de gap indireto para um com gap direto em frequências do visível e infravermelho próximo. Assim, os TMDs são bons candidatos para a implementação de dispositivos optoeletrônicos ultrafinos. Por esse motivo, assim como pelo seu interesse no estudo de novos fenômenos físicos, eles tem sido amplamente pesquisados na ultima década. Já está estabelecido que as propriedades óticas dos TMDs são fortemente afetadas pelo substrato. Neste trabalho apresentaremos como as propriedades óticas de três TMDs diferentes, MoS2, WS2 e WSe2, mudam depois deles serem colocadas em substratos de GaAs. Foram investigadas amostras sobre três tipos de substratos: GaAs dopado p, GaAs dopado n, e GaAs não dopado. As monocamadas foram obtidas pelo método de exfoliação mecânica e transferidas ao substrato. Como os índices de refração do GaAs e dos TMDs são muito próximos, tornando muito dificil a visualizção das monocamadas transferidas, estabelecemos um procedimento apropriado para a localização e manipulação dessas monocamadas. Apresentamos a análise espectral da luminescência em cada caso assim como os seus espectros Raman. Achamos que os substratos de GaAs produzem alterações na luminescência dos TMDs que podem ser entendidas com base no alinhamento de bandas dos TMDs com o GaAs. Concluimos que as heteroestruturas GaAs/TMDs tem um grande potencial para aplicações como fotodetetores e celulas solares.