Optical control of transport properties of 2D Dirac materials

Abstract

Light matter coupling is a eld that has rapidly grown in the past decades to become one of the most important interdisciplinary research subject. It combines the phenomena of condensed matter and quantum optics and brings a new panel of unique e ects. Therefore, studying the combination of what is best in both those elds may lead to breakthroughs and deeper understanding. In this manuscript, we theoretically investigate the in uence of a polarized electromagnetic eld on one of the most famous and unique type of two dimensional materials : Dirac materials. To do so, we rst study the in uence of this so called 'dressing' eld, on the simplest of those materials, one graphene monolayer. Then we slightly complicate the problem and move to gapped Dirac systems such as Transition metal Dichalchogenides and graphene grown on a Boron Nitride substrate or massive electrons in a Dirac like system such as in Bilayer graphene. Finally we look for a way to control all optically the dynamics of electrons in graphene and to use the valley index as a selection parameter. In order to perform this theoretical work, we slightly study two tools for time dependent study of periodic systems : the Floquet-Magnus framework for time periodic system and the Gaussian wave packet simulation for Dirac systems

Víxlverkun milli ljóss og efnis er umræðuefni innan eðlisfræðinnar sem hefur stækkað ört undanfarna áratugi og orðið að einu mikilvægasta rannsóknarsviði. Sviðið blandar saman áhrifum úr þéttefnisfræði og skammtaljósfræði og hefur sína einstöku eiginleika. Með því að skoða hvaða eiginleika þessara tveggja sviða er best að setja saman, getur leitt til nýjunga og betri skilnings. Í þessari ritgerð, rannsökum við fræilega hvaða áhrif skautað rafsegulsvið hefur á einu þekktasta klasa tvíviðra kerfi : Dirac efni. Til að ná markmiðinu, skoðum við fyrst áhrif svokallaðs klæðningarsviðs á einfaldasta efninu, einu lagi af grafíni. Síðan er fariðí fóknari kerfi sem eru Dirac efni með orkugeil eins og hliðarmálma-díkalkógeníðar (e. transition metal dichalcogenides) og grafín sem hefur vaxið á undirlagi úr bóron-nítriði eða rafeindir sem hafa massa í tveggja laga grafíni. Loks skoðum við aðferð til að stýra eiginleikum rafeindir með ljósi í grafíni og að sía rafeindir þar eftir dalavísi þeirra. Til þess að framkvæma þessa vinnu, er notast við tvö verkfæri til að meðhöndla ker sem eru lotubundin í tíma. Eitt er Floquet-Magnus formalisminn og hitt er hermun rafeinda í Dirac kerfum með Gaussískum bylgjupókkum.