Spettroscopia risolta in tempo applicata a materiali dicalcogenuri di metalli di transizione

Following the success and limits of studies on graphene for optoelectronic applications re- lated to the lack of a gap in the electronic band structure, transistion metal dichalcogenides have started to attract a growing interest, thanks to the possibility to be reduced into stable bidi- mensional crystals. In particular, the employement of group IV metal transition dichalogenides combined with quantum con nement e ects and spin-valley coupling, result in direct-gap 2D semiconductors. These materials exhibit spin degeneracy remouval and spin and valley number coupling at the direct gap, essential for valleytronics and spintronics applications. Moreover, the presence of a visible spectral range band gap and properties of transparency and exibility in the two-dimensional form, make these materials particulary suitable for the realization of exible electronic and optoelectronic devices. In order to study charge carrier dynamics in these materials, the use of ultrafast spec- troscopic techniques is fundamental. In particular, in this thesis work we focus on the use of pump-probe technique and time-resolved photoluminescence (TRPL). These two techniques o er the possibility of observing dynamics of hundreds of femtosecond and at the picosecond time scale, respectively, using ultrafast light pulses. In our case, these have been coupled to microscopes in order to achieve micrometric spatial resolution.

A seguito del successo e dei limiti riscontrati negli studi sul grafene per applicazioni opto- elettroniche, legati principalmente alla mancanza di gap nella struttura a bande elettronica, i materiali dicalcogenuri di metalli di transizione hanno iniziato a riscuotere interesse sempre maggiore grazie alla possibilit a di essere ridotti in cristalli bidimensionali stabili. In particola- re, l'uso di metalli di transizione del gruppo IV combinati con e etti di quantum con nement e di spin-valley coupling, producono semiconduttori 2D a gap diretto, che in corrispondenza della gap diretta presentano rimozione della degenerazione di spin e accoppiamento tra spin e indice di valle, indispensabili per applicazioni in spintronica e valleytronica. Inoltre la pre- senza di band gap nel range spettrale del visibile e la trasparenza e essibilit a di tali materiali nella forma bidimensionale, li rende particolarmente adatti per la realizzazione di dispositivi elettronici ed optoelettronici essibili. Al ne di poter studiare le dinamiche dei portatori di carica in tali materiali e indispensabile l'utilizzo di tecniche di spettroscopia ultraveloce, in particolare in questo lavoro ci concentria- mo sull'impiego della tecnica pump-probe e della fotoluminescenza risolta in tempo (TRPL). Queste permettono di poter osservare, rispettivamente dinamiche di centinaia di femtosecondi e dell'ordine del picosecondo, grazie all'impiego di impulsi di luce ultrabrevi, che nel nostro caso sono stati accoppiati a dei microscopi per ottenere risoluzione spaziale del micrometro.