[en] 2D materials exhibit strong Coulomb interactions due to low dielectric screening leading to the presence of tightly bound electron-hole pairs known as excitons, that determine most of their physical properties. The objective of this thesis is to study exciton polarons in 2D perovskites, which consist of quasi-particles arising from exciton-phonon interactions. In particular, the 2D monolayered perovskite modelled is (PEA)2PbI4 and it is studied together with MoSe2 , another atomically thin semiconductor with direct bandgap as well, belonging to the family of transition metal dichalcogenides (TMDs). By microscopically modelling exciton polarons a better understanding of physical properties can be reached and by this their application in novel optoelectronic devices can be pushed forward. The theoretical quantum-mechanical framework in which this microscopic manybody system is studied is based on density matrix formalism in second quantization of matter. Together with the equation of motion in Heisenberg picture and Wannier equation results are obtained. First, excitonic wavefunctions and binding energies are computed. For both materials exciton binding energies are far above thermal fluctuations, confirming the fact that excitons dominate physical properties of (PEA)2PbI4 and MoSe2 even at room temperature. Afterwards, excitonic and polaronic features are described by means of Markov approximation and a non-Markovian approach. By this, scattering rate and linewidth of optical absorption are characterized together with optical absorption spectrum and polaron shifts. To end with, polaron mass enhancement due to exciton-phonon interactions is studied. Results for both (PEA)2PbI4 and MoSe2 are obtained using parameters in literature. Overall, this work represents a step forward in the understanding of exciton-polarons in atomically-thin semiconductors.

[es] Debido al reducido apantallamiento dieléctrico en materiales 2D, fuertes interacciones de Coulomb aparecen entre electrones y agujeros, formando así las cuasi-partículas conocidas como excitones. Estos tienen un peso determinante en relación con las propiedades físicas del material. Es por eso que excitones polarónicos en perovskitas 2D son estudiados en esta tesi, siendo los excitones polarónicos la cuasi-partícula que surge de la interacción excitón-fonón. En particular, la perovskita estudiada és (PEA)2PbI4 y ha sido caracterizada junto con MoSe2, que es otro semiconductor de grueso atómico perteneciente a la familia de los TMDs y con bandgap directo también. Modelando microscópicamente excitones polarónicos permite una mejor comprensión del origen de las propiedades físicas del material y por lo tanto, su aplicación en dispositivos optoelectrónicos de vanguardia puede ser mejorada. El modelo teórico empleado se basa en estudiar el problema de los muchos cuerpos desde la mecánica cuántica, usando el formalismo de la segunda cuantización de la materia y la matriz densidad, junto con la ecuación del movimiento en la representación de Heisenberg y la ecuación de Wannier. En primer lugar, los resultados para las funciones de onda de los excitones son obtenidos junto con sus energías. Éstas son notablemente superiores a las fluctuaciones térmicas, haciendo que los excitones sean estables incluso a temperatura ambiente, dominando así las propiedades físicas del material. A continuación, mediante la aproximación de Markov y un formalismo no-Markoviano, resultados para las linewidths, scattering rates, espectros de absorción e incremento de massa son obtenidos, en los cuales se pueden reconocer claramente características excitónicas y polarónicas. Los resultados son hallados a partir de parámetros presentes en la literatura. Recapitulando, en este trabajo se presenta un estudio que permite facilitar la comprensión del comportamiento de excitones polarónicos en semiconductores 2D.