This dissertation studies the light-matter interactions in MoS₂ monolayers deposited over gold gratings. We aim to characterize this hybrid devices morphological, vibrational, and optical properties. Our investigation started with the characterization of the semiconductor film morphology in different sample regions. We observed large height deformations for the MoS₂ monolayer in the gratings, along with various defects. Then, Raman spectroscopy was used to study the vibrational properties of the two most pronounced Raman modes of MoS₂, namely the E and A ₁ modes. Raman hyperspectral maps showed that the peak positions of those modes are susceptible to the underlying spatial distribution. In particular, by constructing a correlative plot of the A ₁ vs. E peak frequencies, we could evaluate the contributions of strain, doping, and plasmonic effects on the frequency changes of those modes. Interestingly, we observed that the electron concentration on the gold gratings depends on the polarization of the incident radiation, which was attributed to a plasmon-induced hot electron injection. Finally, the emission of exciton and trion states was investigated using photoluminescence (PL) spectroscopy. Partial PL quenching of the MoS₂ over the gold substrate reveals the existence of charge transfer from the semiconductor to the metal. However, the charge transfer is not particularly efficient, probably due to air and water contaminations between the film and substrate that prevents good direct contact. We also observed a polarization-dependent trion to A exciton ratio, which further corroborated the existence of a plasmon-induced doping mechanism. These findings may help elucidate some underlying physics in hybrid MoS₂/Au nanostructures, which can benefit fundamental studies and technological applications.

Esta dissertação apresenta um estudo das interações radiação-matéria em monocamadas de MoS₂ depositadas sobre grades de ouro. Nosso objetivo é caracterizar as propriedades morfológicas, vibracionais e ópticas deste dispositivo híbrido. Em nossa investigação, começamos com a caracterização da morfologia do filme semicondutor em diferentes regiões da amostra. Observamos deformações de altura muito grandes para a monocamada MoSSub>2 nas grades, juntamente com uma variedade de defeitos. Em seguida, a espectroscopia Raman foi usada para estudar as propriedades vibracionais dos dois modos Raman mais pronunciados do MoS₂, ou seja, os modos E e A ₁. Os mapas hiperespectrais Raman mostraram que as posições de pico desses modos são altamente sensíveis à distribuição espacial subjacente. Em particular, ao construir um gráfico correlativo das frequências de pico A ₁ vs E, pudemos avaliar as contribuições de tensão mecânica, dopagem e efeitos plasmônicos nas mudanças de frequência desses modos. Observamos de forma interessante que a concentração de elétrons nas grades de ouro varia dependendo da polarização da radiação incidente. Essa variação foi atribuída à injeção de elétrons quentes induzida por plasmons. Finalmente, a emissão dos estados exciton e trion foi investigada usando espectroscopia de fotoluminescência (PL). A extinção parcial de PL do MoS₂ sobre o substrato de ouro revela a existência de uma transferência de carga do semicondutor para o metal. No entanto, a transferência de carga não é particularmente eficiente, provavelmente devido à contaminações de ar e água entre o filme e o substrato que impedem um bom contato direto. Também observamos uma relação de trion para éxciton dependente de polarização, o que corroborou ainda mais a existência de um mecanismo de dopagem induzido por plasmons. Essas contribuições podem ajudar a elucidar parte da física subjacente em nanoestruturas híbridas de MoS₂/Au, que podem beneficiar tanto os estudos fundamentais quanto as aplicações tecnológicas.