Repositorio
Institucional

Bezerra, Nilberto

Renormalization of the optical band gap through an effective Thirring interaction for massive Dirac-like electrons

AMER PHYSICAL SOC

PHYSICAL REVIEW B

en

We analyze mass renormalization in massive Dirac-like systems in (2 + 1) dimensions arising from electron-phonon interactions at finite temperatures, employing the large-N expansion. Our model combines the low-energy description of charge carriers in a buckled honeycomb lattice with the low-energy approximation for phonons and electron-phonon interactions in two-dimensional materials. Hence the system is modeled as a massive Dirac-like field coupled to a two-component vector field Ai, representing the phonon modes. This framework allows us to compute the one-loop electron self-energy at finite temperature, from which we derive the renormalized electronic band gap, 2mR. The effective model is subsequently applied to describe the renormalized optical band gap (Eopt) in monolayers of transition metal dichalcogenides (TMDs), including MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2, using the relation Eopt = 2mR - |Eb|, where |Eb| is the exciton binding energy that remains constant at the examined temperature. A good agreement is observed with experimental data for reasonable values of the ultraviolet cutoff, A approximate to 1 eV. Our main findings indicate that Eopt remains nearly constant at low temperatures, whereas at higher temperatures it decreases linearly with the temperature T. Specifically, we find that Eopt reduces by approximately approximate to[0.1, 0.2] eV as the temperature increases from approximate to 4 K to 500 K, consistent with recent experimental observations. Furthermore, we estimate the temperature range at which the transition to the linear regime occurs, obtaining typical values within approximate to[110, 150] K for the four materials under consideration.Analizamos la renormalización de masa en sistemas masivos tipo Dirac en (2 + 1) dimensiones que surgen de las interacciones electrón-fonón a temperaturas finitas, empleando la expansión de N grande. Nuestro modelo combina la descripción de baja energía de los portadores de carga en una red de panal deformada con la aproximación de baja energía para fonones e interacciones electrón-fonón en materiales bidimensionales. Por lo tanto, el sistema se modela como un campo masivo tipo Dirac acoplado a un campo vectorial de dos componentes Ai, que representa los modos fonónicos. Este marco nos permite calcular la autoenergía electrónica de un bucle a temperatura finita, a partir de la cual derivamos la brecha de banda electrónica renormalizada, 2mR. El modelo efectivo se aplica posteriormente para describir la brecha de banda óptica renormalizada (Eopt) en monocapas de dicalcogenuros de metales de transición (TMD), incluyendo MoS2, MoSe2, WS2 y WSe2, utilizando la relación Eopt = 2mR - |Eb|, donde |Eb| es la energía de enlace del excitón que permanece constante a la temperatura examinada. Se observa una buena concordancia con los datos experimentales para valores razonables del corte ultravioleta, A aproximado a 1 eV. Nuestros principales hallazgos indican que Eopt permanece casi constante a bajas temperaturas, mientras que a temperaturas más altas disminuye linealmente con la temperatura T. Específicamente, encontramos que Eopt se reduce aproximadamente a [0,1, 0,2] eV a medida que la temperatura aumenta de aproximadamente a 4 K a 500 K, consistente con observaciones experimentales recientes. Además, estimamos el rango de temperatura en el que ocurre la transición al régimen lineal, obteniendo valores típicos dentro de aproximadamente a [110, 150] K para los cuatro materiales considerados.

artículo original

10.1103/k12f-6zlc

pdf

TEMPERATURE-DEPENDENCE

MONOLAYER MOS2

MONO LAYER

FIELD

WS2

PHOTOLUMINESCENCE

PARTICLES

ENERGY

MODEL

TEMPERATURE-DEPENDENCE

MONOLAYER MOS2

MONO LAYER

FIELD

WS2

PHOTOLUMINESCENCE

PARTICLES

ENERGY

MODEL

Física de la Materia Condensada

Otras Especialidades de la Física

Física Atómica, Molecular y Química

versión publicada

suscripción

metadato

metadato

WOS:001519309700004

Renormalization of the optical band gap through an effective Thirring interaction for massive Dirac-like electrons

artículo original

AMER PHYSICAL SOC

PHYSICAL REVIEW B

Materials Science, Multidisciplinary

Physics, Applied

Physics, Condensed Matter

en

2469-9950

Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq), Brasil(Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPQ))#Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior Brasil (CAPES)(Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES))#Vicerrectoria de Investigacion y Postgrado de la Universidad de La Frontera

Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq), Brasil [408735/2023-6 CNPq/MCTI]

Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior Brasil (CAPES) [001]

Vicerrectoria de Investigacion y Postgrado de la Universidad de La Frontera [BPVRIP-092024]

pdf