Estrutura eletrônica, espectro de absorção óptica e propriedades magneto ópticas dos anéis quânticos de dissulfeto de molibdênio

Abstract

Metais de transição dicalcogenados (MTDCs) tais como MoS2 , MoSe2 , WS2 e WSe2 são semicondutores de multivale, com bandgap direto caracterizados por uma estrutura de rede no formato honeycomb. Os elétrons de Dirac nestes materiais são indexados tanto pelos números quânticos de spin quanto pelos de vale (K and K0). Foram demonstradas propriedades ópticas de polarização de vale e de spin devido aos efeitos da curvatura de Berry e forte interação spin-órbita nos MTDCs monocamada. Além disso, sob campo magnético perpendicular, os níveis de Landau de zero energia nos vales K e K0, que são fixos com relação aos mínimos na banda de condução e de valência dos vales K e K0, respectivamente, são divididos pelo bandgap do material e são portanto polarizados por vale. Como já é conhecido, anéis quânticos(AQs) apresentam um considerável efeito de tamanho, que pode ser utilizado para ajustar a energia de transição óptica. Além disso, na presença de um campo magnético perpendicular, os AQs mostram efeitos de interferência quântica do tipo Aharonov-Bohm (AB). Neste trabalho, exploramos a energia de Zeeman de vale (EZV), absorção óptica polarizada por spin e vale e controlada por tamanho e efeitos excitônicos em AQs monocamada de MoS2. Encontramos que o EZV dos anéis exibe uma dependência oscilatória com o fluxo magnético devido ao efeito AB. Por outro lado, dentro de um período de oscilação o EZV aumenta linearmente com o fluxo magnético. E, para um dado fluxo magnético, o EZV é mais pronunciado em um anel comum confinamento quântico mais forte. Mostramos também através do nosso espectro de absorção magneto-óptica que a seletividade óptica de vale observada no MoS2 monocamada é herdada pelos AQs. Além disso, ele é robusto contra variações do campo magnético e da geometria do AQ. Entretanto, ao contrário do material bulk monocamada, a frequência da luz absorvida e as intensidades de absorção manifestam um considerável efeito quântico de tamanho. Além disso, elas também podem notavelmente ser ajustadas pelo campo magnético e sua configuração: por exemplo, a mudança da configuração do campo magnético pode levar à transição do usual efeito AB para oscilações aperiódicas do espectro de absorção magneto-óptica.