Probing the Response of Two-Dimensional Crystals by Optical Spectroscopy

این پایان‌نامه بر مطالعه پاسخ نوری کریستال‌های دو بعدی نازک اتمی جدید، عمدتاً خانواده دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه مانند MoS₂ تمرکز دارد. یکی از موضوعات اصلی پایان نامه، درمان دقیق حساسیت های نوری خطی و درجه دوم غیرخطی دی کالکوژنیدهای فلزات واسطه نازک اتمی است. این مطالعات علاوه بر علاقه علمی قابل توجه خود به عنوان پاسخ‌های مواد بنیادی، دانش ضروری و ابزارهای مشخصه‌یابی مناسب را برای کاربرد این مواد دو بعدی در دستگاه‌های الکترونیکی نوری ارائه می‌کنند. موضوع مهم دیگر پایان نامه، فیزیک دره دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه نازک اتمی است. نشان داده شده است که انحطاط در درجه آزادی دره را می توان برداشت و قطبش دره را می توان با استفاده از یک میدان مغناطیسی ایجاد کرد، که تقارن معکوس زمانی را در این مواد می شکند. این یافته‌ها درک اولیه ما را از حالت‌های الکترونیکی دره افزایش می‌دهد و فرصت‌های جدیدی را برای کاربردهای valleytronic با استفاده از مواد دو بعدی باز می‌کند.

This thesis focuses on the study of the optical response of new atomically thin two-dimensional crystals, principally the family of transition metal dichalcogenides like MoS₂. One central theme of the thesis is the precise treatment of the linear and second-order nonlinear optical susceptibilities of atomically thin transition metal dichalcogenides. In addition to their significant scientific interest as fundamental material responses, these studies provide essential knowledge and convenient characterization tools for the application of these 2D materials in opto-electronic devices. Another important theme of the thesis is the valley physics of atomically thin transition metal dichalcogenides. It is shown that the degeneracy in the valley degree of freedom can be lifted and a valley polarization can be created using a magnetic field, which breaks time reversal symmetry in these materials. These findings enhance our basic understanding of the valley electronic states and open up new opportunities for valleytronic applications using two-dimensional materials.