Ultrafast THz spectroscopy of HgPSe3

Broadband light detection is crucial for optoelectronic applications. Even though few material can be implied in broadband photodetectors, the larger wavelength range achievable is limited form the ultraviolet to the infrared. Layered selenophosphate HgPSe3 is a new candidate for the development of new photodetector that can cover the X-ray to visible range. In this thesis Ultrafast THz spectroscopy in reflection mode was exploited in order to investigate the carrier dynamics in conduction band and to evaluate the dielectric and photoconductive properties of HgPSe3. Experiments were carried out onto a sample of multi-layered HgPSe3 crystal synthesized via chemical vapor transport. In both static and pump-probe measurements the optical response of the sample seems to be dominated by the coupling of the charge carriers with the shear modes of the layered structure. This thesis is presented as a pioneering work since there are no other ultrafast spectroscopy studies on HgPSe3 in literature.

La rilevazione della luce a banda larga è fondamentale per le applicazioni optoelettroniche. Alcuni materiali possono essere impiegati nei fotorivelatori a banda larga ma il più grande intervallo di lunghezze d'onda raggiungibile è limitato tra ultravioletto e l'infrarosso. Il selenofosfato stratificato HgPSe3 è un nuovo candidato per lo sviluppo di nuovi fotorivelatori in grado di coprire l'intervallo dai raggi X fino alla luce visibile. In questa tesi, la spettroscopia THz ultraveloce in riflessione è stata sfruttata per investigare le dinamica dei portatori di carica nella banda di conduzione e per valutare le proprietà dielettriche e fotoconduttive del HgPSe3. Gli esperimenti sono stati condotti su un campione di cristallo multistrato di HgPSe3 sintetizzato tramite trasporto chimico in fase vapore. Sia nelle misurazioni statiche che nelle misurazioni pump-probe, la risposta ottica del campione sembra essere dominata dall'accoppiamento dei portatori di carica con i modi di shear della struttura a strati. Questa tesi si presenta come un lavoro pionieristico poiché in letteratura non esistono altri studi di spettroscopia ultraveloce sul HgPSe3.