Το δισουλφίδιο του Μολυβδαινίου (MoS2) αποτελεί μία ανόργανη δυσδιάστατη χημική ένωση που κατατάσσεται στην κατηγορία μεταλλικών διχαλκογόνων. Είναι ένας δυσδιάστατος ημιαγωγός, ο οποίος έχει τραβήξει το ενδιαφέρον λόγω των ξεχωριστών ηλεκτρονικών, οπτικών και καταλυτικών ιδιοτήτων καθώς επίσης και για τη σπουδαιότητά του ως ξηρό λιπαντικό. Οι φυσικές του ιδιότητες το καθιστούν ελκυστικό σε πολλές οπτοηλεκτρονικές και φωτονικές εφαρμογές, όπως phototransistor, εκπομπούς φωτός αλλά και φωτοβολταϊκές συστοιχίες. Πάνω στην ανάπτυξη δυσδιάστατων φωτονικών συσκευών, κρίνεται αναγκαία η μελέτη της απόκρισης αυτών των δυσδιάστατων υλικών στην ισχυρή φωτοδιέγερση μέσω υπερβραχέων παλμών. Επίσης η μελέτη των υπερταχέων οπτικών τους ιδιοτήτων, περιλαμβάνοντας τη μη γραμμική επιδεκτικότητα, τη διάθλαση και την απορρόφηση είναι αναμφισβήτητα σημαντικές.
Σε αυτή τη μεταπτυχιακή εργασία, μελετήθηκε πειραματικά η ισχυρή υπερβραχεία φωτοδιέγερση πολυστρωματικών και μονοστρωματικών κρυσταλλικών δομών MoS2, σε συνθήκες που κυμαίνονταν από θέρμανση πλέγματος μέχρι και την καταστροφή του. Για το σκοπό αυτό, καταγράφηκε η Raman ένταση των δύο χαρακτηριστικών δονητικών καταστάσεων του MoS2, A1g και E12g, σαν συνάρτηση του αριθμού των υπερβραχέων παλμών που αλληλεπιδρούσαν με τον κρύσταλλο του Δισουλφιδίου του Μολυβδαινίου. Μέσω αυτής της μεθόδου, προσδιορίστηκε και το ενεργειακό όριο καταστροφής του μονοστρωματικού κρυστάλλου MoS2 και συγκρίθηκε με αυτό του πολυστρωματικού MoS2 μέσω αλληλεπίδρασης με έναν παλμό. Επιπλέον, για την ποσοτικοποίηση της καταστροφής, χρησιμοποιήθηκε οπτική μικροσκοπία αλλά και Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης. Τα πειράματα αποκαλύπτουν μεγάλες διαφορές στην απόκριση της υπερταχείας φωτοδιέγερσης του μονοστρωματικού MoS2 σε σύγκριση με το πολυστρωματικό.
(EL)
Molybdenum disulfide (MoS2) is a two-dimensional inorganic compound classified as a metal dichalcogenide. It is a 2D-semiconductor that has attracted great interest because of its distinctive electronic, optical, and catalytic properties, as well as its importance for dry lubrication. Its physical properties make it desirable for various optoelectronic and photonic applications, including phototransistors, light emitters, and heterojunction solar cells. Towards the development of 2D photonic devices, the investigation of 2D materials response under intense photoexcitation by ultrashort pulses, as well as of their ultrafast optical properties, including nonlinear susceptibility, refraction, absorption, and carrier relaxation, is undoubtedly important.
In this thesis, the intense femtosecond laser excitation on the structure of bulk and monolayer MoS2, under conditions ranging from lattice heating to material damage is experimentally investigated. For this purpose, the intensity of A1g and E12g vibrational modes was recorded as a function of the number of irradiation pulses. Through this process, the single-pulse damage threshold in monolayer MoS2 was identified and compared to that of the bulk crystal. Besides this, optical and field emission scanning electron microscopy (FESEM) were used for the optical damage quantification. Experiments reveal large differences in the ultrafast laser excitation response of monolayer compared to the bulk.
(EN)
