Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

"ABSTRACTThis study is motivated by a recent experimental study of the substrate material SrTiO3 STO showed the presence of excitonic signals originating from the optical conductivity has unique characteristics. Some exciton signals were found to have energy above the bandgap edge where as we have known that exciton formed from the excited electron bound to its hole that it has energy below the bandgap edge. We expect that excitons have been formed in the ground state before STO absorbs photons, as a result of the electron electron correlation as STO is known to have strong correlated electrons. In this thesis we do theoretical study to investigate the existence of exciton the ground state of a strongly correlated semiconductor through a simple model toy model consist of four orbitals divided into two groups mimicking the valence and conduction band. The result shows that the toy model can demonstrate the bandgap widening and show the emergence of excited electron in the ground state.

---

ABSTRACTPenelitian ini dilatarbelakangi oleh sebuah studi eksperimen pada substrat SrTiO3 STO yang menunjukkan spektrum eksiton yang berasal dari konduktivitas optis yang memiliki karakteristik yang unik. Beberapa spektrum tersebut memiliki energi yang lebih besar dari energi terendah pita konduksi, sementara sebagaimana diketahui secara umum bahwa eksiton terbentuk dari elektron tereksitasi yang terikat pada hole dan memiliki energi yang lebih rendah. Penulis menduga bahwa eksiton tersebut telah terbentuk pada keadaan dasar sebelum STO menyerap foton, sebagai akibat dari korelasi antar elektron, sebagaimana diketahui bahwa STO merupakan material dengan sistem elektron terkorelasi kuat. Penulis kemudian melakukal studi teoretik untuk mengetahui keberadaan eksiton pada keadaan dasar dari semikonduktor terkorelasi kuat melalui model sederhana yang terdiri dari empat orbital yang terbagi menjadi dua grup sebagai representasi dari pita valensi dan pita konduksi. Hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa model sederhana tersebut dapat mendemonstrasikan pelebaran celah energi dan menunjukkan adanya elektron yang tereksitasi pada keadaan dasar."

"ABSTRACTThe emergence of exitonic signal in the optical response of a wide band gap semiconductor has been a common knowledge in physics. There have been numerous experimental studies exploring the important role of excitons on influencing both the transport and optical properties of the materials. Typically, excitonic effect appears in the optical spectra of a wide band gap semiconductor as a rising signal below the onset energy of the band to band transition. Despite the existence of much information on excitonic effects, there has not been much literature that explores detailed theoretical explanation on how the exitonic signal appears and how it evolves with temperature. Here, we propose to do a theoretical study on the optical conductivity of ZnO, a well known wide band gap semiconductor that we choose as a case study. ZnO has been known to exhibit excitonic states in its optical spectra in the energy range of 3.13 3.41 eV, with a high exciton binding energy of 60meV. An experimental study on ZnO in 2014 revealed such a signal in its optical conductivity spectrum. Motivated to explain this phenomenon, we present a theoretical investigation on the appearance of excitonic signal in optical conductivity of ZnO. We model ZnO within an 8 band k.p approximation. We calculate the optical conductivity by incorporating the first order vertex correction derived from the Feynman diagram. We hypothesize that this first order vertex correction carries the information of how the optical spectral weight transfers from the region slightly above to the region slightly below the onset of band to band transition. We aim to see this effect at various temperatures. We expect to compare our calculation results with the existing experimental of the optical conductivity ZnO.

---

ABSTRAKKemunculan sinyal eksiton pada respon optik sebuah semikonduktor celah lebar telah menjadi hal umum di dalam ilmu fisika. Beberapa penelitian telah melakukan studi terhadap pentingnya peran eksiton pada sifat-sifat transport dan optik suatu material. Umumnya efek eksiton yang terlihat pada spektrum optik semikonduktor celah lebar muncul dalam bentuk sinyal yang naik pada daerah di bawah onset energi transisi antar pita. Meskipun begitu, tidak banyak literatur teoritik yang membahas secara detail bagaimana sinyal eksiton terbentuk dan pengaruh temperatur terhadap sinyal tersebut. Pada penelitian ini kami menyajikan studi teoritik pada konduktivitas optik ZnO, yaitu semikonduktor celah lebar yang populer. ZnO diketahui memiliki states eksiton pada spektrum optik 3.13-3.41 eV dengan energi ikat eksiton sebesar 60meV. Studi eksperimen ZnO di tahun 2014 menunjukkan sinyal yang muncul pada spektrum konduktivitas optik. Diawali dengan motivasi untuk menjelaskan fenomena ini, kamu menyajikan studi teoritik pada kemunculan sinyal eksiton pada konduktivitas optik dari ZnO. Kami memodelkan ZnO dengan menggunakan pendekatan 8-band k.p theory. Perhitungan konduktivitas optik dilakukan dengan melibatkan koreksi vertex orde pertama yang diturunkan melalui diagram Feynman. Kami yakin bahwa koreksi vertex orde pertama membawa informasi bagaimana spektrum optik bergeser, dari sedikit di atas onset energi transisi antar pita menjadi di bawah onset energi transisi antar pita. Kami melihat efek ini pada temperatur yang berbeda-beda. Kami membandingkan hasil perhitungan kami dengan hasil eksperimen konduktivitas optik ZnO yang sudah ada."

"Sifat ferromagnetik yang muncul pada DMS berbasis ZnO dengan Tc di atas suhu kamar memiliki prospek yang baik untuk aplikasi spintronik. Oleh karena itu, diperlukan model yang dapat memprediksi dengan akurat sifat-sifat fisis material tersebut. Model yang digunakan pada penelitian ini mengasumsikan bahwa atom-atom impuritas (atom Mn) yang diberikan pada sistem ZnO membentuk momen magnetik lokal. Sifat magnetik muncul karena adanya magnetic exchange interaction antara spin elektron bebas dan momen magnetik lokal atom-atom impuritas tersebut. Hamiltonian model yang digunakan terdiri atas suku kinetik yang berasal dari pendekatan k.p 8 band dan suku interaksi magnetik antara spin elektron bebas dan momen magnetik lokal. Model ini diselesaikan dengan metode Dynamical Mean Field Theory (DMFT). Perhitungan dilakukan dengan memberi variasi terhadap kopling Hund JH sebesar 1 eV, 2 eV, dan 3 eV, variasi konsentrasi ion dopan x sebesar 2 %, 5 %, 7 %, dan 10 % untuk masing-masing JH serta variasi temperatur T untuk masing-masing konsentrasi. Hasil perhitungan menunjukkan munculnya impurity band pada kurva densitas keadaan (DOS) yang disebabkan oleh interaksi magnetik antara spin atom-atom impuritas dan spin elektron bebas yang menempati pita valensi. Nilai Tc tertinggi yang diperoleh menggunakan model ini yaitu sekitar 442 K dengan konsentrasi hole sebesar 1:71020 cm3.

---

Ferromagnetic properties that appear in ZnO-based DMS with Tc above room temperature are promising for spintronics applications. To make accurate predictions on other important physical properties, a good model for these materials is needed. The model used in this study assumes that impurity atoms (Mn atoms) doped in the ZnO system form local magnetic moments. The magnetic properties in this model arise due to magnetic exchange interaction between spins of electrons and local magnetic moments of the impurity atoms.

The model Hamiltonian consists of a kinetic term derived from k.p 8-band approximation and the magnetic exchange interaction term arising from the magnetic interactions between spins of electrons and local magnetic moments. The model is solved using Dynamical Mean Field Theory (DMFT) method. In this calculations, we use the following parameter values: Hund's coupling JH about 1 eV, 2 eV, and 3 eV, concentration of ion dopant x about 2%, 5%, 7 %, and 10 % for each JH, with variation of temperature for each concentration. The impurity bands appear in our density of states (DOS) calculations due to the magnetic interaction between spins of the Mn atoms and spins of the electrons occupying the valence bands. The highest Tc obtained using this model is about 442 K with the hole concentration of 1:71020 cm3."