Optical properties of point defects in insulators and of transition metal dichalcogenides

Doctoral thesis, 2022

Små variationer i ett material kan påverka dess egenskaper till stor grad. Dessa små variationer kan bland annat vara punktdefekter som är små oregelbundheter i ett annars regelbundet material. Punktdefekter förekommer alltid i ett material och har ofta, men långt ifrån alltid, en negativ effekt på materialets egenskaper. Dessa är svåra att studera med mikroskop och det är därför som datorsimuleringar av punktdefekters grundläggande egenskaper spelar en viktig roll när det kommer till att identifiera påverkan av specifika punktdefekter.

Genom datorsimuleringar baserad på kvantmekanik utforskas gemensamma drag av syrevakanser i en mängd teknologiskt viktiga material. Det visar sig att det finns egenskaper som sträcker sig bortom enstaka material vilket har betydelse för den grundläggande förståelsen för syrevakanser och punktdefekter i allmänhet. En av dessa egenskaper som syrevakansen har är att i många fall frigörs mycket energi i form av vibrationer när syrevakansens laddning ändras. Denna egenskap ligger till grund för en föreslagen förklaringsmodell för hur vita ljusdioder försämras vid högre temperaturer.

Att avsiktligen skapa punktdefekter för att kunna utnyttja dem som ljuskällor är ett område som fått mycket uppmärksamhet de senaste åren.
Punktdefeker kan avsiktligen tillverkas genom att bestråla materialet och dessa kan i vissa fall användas som källor för att tillverka enstaka ljuspartiklar. Förmågan att kunna framställa och kontrollera enstaka partiklar är en förutsättning för att framställa kvantbitar, vilka i sig har tillämpningar inom bland annat kvantkryptologi. I den här avhandlingen modelleras spektrumet för en mängd punktdefekter för att kunna identifiera den kemiska sammansättningen av observerade ljuskällor.

Slutligen så betraktas material som består av lager som kan staplas på varandra. Dessa material är väsentligen två-dimensionella eftersom utbredningen i en riktning är betydligt mindre än i de andra två, som till exempel för ett pappersark. När två lager staplas på varandra och det ena lagret vrids i förhållande till det andra uppstår ett mönster i materialet som påverkar hur elektronerna rör sig. Genom kvantmekaniska beräkningar har dessa vridna material och dess optiska egenskaper utforskats.