Istraživanje fononski posredovanih procesa u kvazi-dvodimenzionalnim materijalima

Study of phonon-assisted processes in quasi-two-dimensional materials

Glavni cilj ovog projekta je provesti temeljitu teorijsku studiju o ulozi elektron-fonona vezanje u novim kvazi-dvodimenzionalnim materijalima pomoću kvantitativnih metoda iz prvih principa. Utjecaj elektron-fonon interakcije na dinamiku fonona i elektrona planira se proučavati u ravnotežnim i neravnotežnim uvjetima, pri čemu su energije elektrona i stupnjeva slobode rešetke jednake, odnosno nejednake. Naime, namjeravamo istražiti grafenske materijale, metalne i poluvodičke verzije dihalkogenida prijelaznih metala, kao i neke nedavno otkrivene dvodimenzionalne materijale poput borofena. Svaki od ovih materijala posjeduje jedinstvene optičke osobine poželjne za primjene u optoelektronskoj industriji, koje su dobrim djelom određene upravo dinamičkim međudjelovanjem elektrona i fonona. Pripadni teorijski rezultati moći će se izravno povezati s nekoliko spektroskopskih tehnika, kao što su Raman, reflektivna i fotoemisijska mjerenja, te također s njihovim vremenski razlučivim verzijama, gdje se neravnotežni uvjeti postižu tzv. ''pump-probe'' metodama. To čini predloženu studiju potencijalno bitnu za nadopunjavanje te rasvjetljavanje spomenutih eksperimenata, ali i za predviđanje novih fizikalnih pojava koje će služiti kao temelj za budući eksperimentalni rad.

The main goal of the present project is to conduct a thorough theoretical study on the role the electron-phonon coupling in novel quasi-two-dimensional materials by using quantitative first-principles methods. The impact of the electron-phonon interaction on phonon and electron dynamics is planned to be studied under both equilibrium and nonequilibrium conditions, where energies of electron and lattice degrees of freedom are equal and mismatched, respectively. Specifically, we intend to investigate graphene-related materials, metallic and semiconductive versions of transition metal dichalcogenides, as well as some recently discovered two-dimensional materials like borophene. Each of these materials possesses unique optical properties highly desirable for applications in optoelectronic industry, which are ruled in parts by dynamical interplay between electrons and phonons. The corresponding theoretical output will be directly related to several spectroscopic techniques, like Raman, reflectivity, and photoemission measurements, as well as to their time-resolved versions, where nonequilibrium condition is achieved through ”pump-probe” methods. This renders the proposed study a potentially essential for complementing and elucidating the aforementioned experiments, but also for predicting novel physical features and thus encouraging future experimental work.

elektron-fonon vezanje, ultrabrza dinamika, Raman, optička apsorpcija, fotoemisija, 2D materijali, grafen, dihalkogenidi prijelaznih metala

electron-phonon coupling, ultrafast dynamics, Raman, optical absorption, fotoemission, 2D materials, graphene, transition metal dichalcogenides