Geração de segundo e terceiro harmônicos para caracterização de heteroestruturas de Van der Waals - Ore, Alexandre Samuel Magyar Vallejos (2020)
Materiais bidimensionais (2D) têm sido tema de intensa pesquisa devido às suas propriedades e aplicações. Heteroestruturas de van der Waals são estruturas produzidas pelo empilhamento das camadas de diferentes tipos desses materiais 2D. Este empilhamento permite combinar as propriedades de cada material em uma nova estrutura customizada, possibilitando a fabricação de novos dispositivos em escala atômica, como sensores, transistores e LEDs. As propriedades das heteroestruturas apresentam forte dependência com parâmetros como a sua orientação e simetria. Deste forma, é necessário primeiramente caracterizá-los para que seja possível empregar as estruturas produzidas em novos dispositivos. Para a caracterização destas, é desejado extrair o máximo de informação possível. Técnicas como geração de segundo (SHG) e terceiro (THG) harmônicos, permitem obter informações a respeito de parâmetros como a simetria e até mesmo a orientação cristalina de forma rápida e relativamente simples. Além disso, a geração não linear de novas frequências (como ocorre nos processos de SHG e THG) pode ser aplicada a dispositivos fotônicos, para, por exemplo, o desenvolvimento de conversores totalmente ópticos de frequência, ou para processamento de sinais, tornando ainda mais atrativa a aplicação destas técnicas a materiais e estruturas 2D. Dentre as heteroestruturas, as construídas a partir de dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) vêm atraindo a atenção devido às suas propriedades semicondutoras e sua gama de aplicações. Outro exemplo de heteroestrutura são as observadas na natureza, como a franckeíta. Estas, por sua vez, ainda são pouco investigadas necessitando, assim, de maiores estudos. Desta forma, o objetivo deste trabalho é a caracterização de heteroestruturas de van de Waals através das técnicas não lineares de SHG e THG. As amostras aqui investigadas foram as baseadas em TMDs, crescidas pelo método de CVD (do inglês chemical vapor deposition); e as naturais, isoladas por esfoliação mecânica. As amostras crescidas por CVD estudadas neste trabalho são heteroestruturas de MoS2/WS2 crescidas com ângulos de empilhamentos de 0o e 60o e bi e tricamadas de MoS2 e de WS2. A heteroestrutura natural aqui analisada foi a franckeíta, com amostras variando com relação ao número de camadas. A partir dos resultados nas amostras crescidas por CVD ´e possível notar o aumento na intensidade do sinal de SHG com relação à sua monocamada quando o ângulo de empilhamento é de 0o. Já para o ângulo de empilhamento de 60o a intensidade do sinal de SHG é reduzido com relação à monocamada ou até eliminado, dependendo da amostra. Para as medidas de THG, a intensidade aumentou em todas as estruturas conforme o aumento do número de camadas, independente do ângulo de empilhamento. No caso da SHG, a taxa de aumento do sinal com o número de camadas foi superior ao esperado assumindo-se a soma coerente do sinal gerado individualmente por cada camada, indicando interação entre as camadas empilhadas produzidas por CVD. Para as amostras de franckeíta seu sinal de THG foi comparado com o de uma amostra de grafeno, onde foi visto que o sinal gerado é cerca de 3 ordens de grandeza maior que o medido no grafeno sob mesmas condições. Em paralelo a caracterização por THG contribuiu para a obtenção de informações a respeito da anisotropia do material.