Frequency-dependent substrate screening of excitons in atomically thin transition metal dichalcogenide semiconductors
过渡金属二硫属化物（TMDC）的原子薄层由于与弱介电屏蔽有关的二维载流子限制而在载流子之间表现出异常强的库仑相互作用。层间耦合的范德华性质使得容易将TMDC层集成到具有不同电介质或金属衬底的异质结构中。这允许定制这些材料的电子和光学性质，因为原子薄层内的库仑相互作用非常容易受到环境的屏蔽。在这里，我们从理论上研究动态屏蔽效应在TMDC由于体衬底掺杂载流子在一个大的密度范围内，从而提供三维等离子体激元作为可调的自由度。我们报告了一个广泛的补偿重整化效应导致光谱更稳定的激子比预测的静态基板屏蔽，即使等离子体激元和激子共振。我们还发现了一个非平凡的依赖于衬底掺杂密度的单粒子带隙由于动态屏蔽。我们的调查提供了微观的洞察机制，允许操纵TMDC激子通过任意的等离子体环境在纳米尺度上。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically inspired $k \cdot p$ approach and valley Zeeman effect in transition metal dichalcogenide monolayers
我们发展了一个六带$k \cdot p$模型，描述了单层过渡金属二硫属化物（TMDC）在$K$ -谷中的电子态。$k \cdot p$模型的参数集通过在$K^\pm$点附近分解紧结合（TB）模型来唯一地确定。首先，我们使用文献中存在的TB模型来推导不同材料的系统参数，包括MoS $_2$、WS $_2$、MoSe $_2$和WSe $_2$。然后，利用导出的六带$k \cdot p$哈密顿量，我们计算了不同TMDC中的有效质量、朗道能级和有效激子$g$因子$g_{X^0}$。我们发现，TB参数化存在于文献中的结果在小的绝对值$g_{X^0}$，这是远离实验测量的$g_{X^0} \approx -4$。为了进一步研究这个问题，我们推导出另外两套$k \cdot p$参数，通过开发我们自己的TB参数化的基础上同时拟合从头计算，密度泛函（DFT）和$GW$方法，能量色散和值的$g_{X^0}$。我们发现，TB参数的变化，这只是轻微影响的色散较高的导带和深价带，可能会导致一个显着的增加$|g_{X^0}|$，产生接近实验值的$g_{X^0}$。$g_{X^0}$如此高的参数灵敏度为DFT和TB模型的进一步改进开辟了道路。
2016-10-09 cond-mat.mes-hall
Direct exciton emission from atomically thin transition metal dichalcogenide heterostructures near the lifetime limit
我们证明了原子薄的过渡金属二硫属化物（TMDC）MoSe $_{2}$，WSe $_{2}$和MoS $_{2}$中的自由激子的非均匀线宽的减少通过封装在几个纳米厚的hBN。封装显示导致10 K激子线宽显著减小，对于n-MoSe $_{2}$减小到$\sim3.5 \text{ meV}$，对于p-WSe $_{2}$减小到$\sim5.0 \text{ meV}$，对于n-MoS $_{2}$减小到$\sim4.8 \text{ meV}$。有证据表明，hBN环境有效地降低费米能级，因为相对光谱权重向中性激子发射在n-掺杂TMDC和向带电激子发射在p-掺杂TMDC。此外，我们发现，完全封装的MoS $_{2}$显示出可分辨的激子和trion发射，即使在高功率密度激发后，与非封装材料相比。我们的研究结果表明，封装的机械剥离的几个单层TMDC内纳米厚的hBN显着提高光学质量，产生超窄的线宽，接近均匀的限制。
2017-04-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Intervalley Polaron in Atomically Thin Transition Metal Dichalcogenides
本文从理论上研究了过渡金属双硫族化物单分子膜中电子与短波长声子相互作用引起的谷间耦合。我们证明，这种谷间极化子耦合的结果在（i）的导带自旋分裂的重整化和（ii）的电子有效质量的增加。我们还计算了在外加磁场作用下的回旋能量重整化和朗道能级分裂。发现了谷间磁-声子共振现象。对于价带空穴，也预期有类似但弱得多的效应。这些结果可能有助于解决从头计算的电子有效质量的值之间的差异，从磁输运测量推导。
2019-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Opto-valleytronic imaging of atomically thin semiconductors
过渡金属二硫族化物半导体代表了超越传统光电子学的新兴技术的分层异质结构的基本组件。在它们的单层形式中，它们以量子化的圆周运动和相关的谷极化和谷相干性作为光谷电子功能的关键要素来容纳电子。在这里，我们介绍了二维偏振直接成像的手段在单层过渡金属dichalcogenides的谷赝自旋自由度。以MoS $_2$为谷选择性光学跃迁的代表材料，建立了扩展晶体偏振图的定量图像分析方法，确定了谷偏振和谷相干性作为晶体无序的敏感探针。此外，我们发现在垂直磁场中谷极化激子的位置依赖的热和非热制度。最后，我们展示了基于原子级薄半导体和异质结构的光谷电子器件的快速检测的宽场偏振法的潜力。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall
Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides
由于石墨烯在电子应用中的成功和局限性，第VI族过渡金属二硫属化物的原子薄层作为一类在可见频率范围内具有所需带隙的石墨烯类半导体引起了广泛的兴趣。在第一布里渊区的两个谷中存在一个符号相反的价带自旋分裂。这种自旋-谷耦合，特别是在钨二硫属化物中显著，可以有益于潜在的自旋电子学和谷电子学，具有自旋-谷相互作用以及抑制自旋和谷弛豫的重要后果。在这里，我们报告的第一个光学研究WS 2和WSe 2单层和多层膜。二次谐波产生的效率显示出戏剧性的偶奇振荡的层数，一致的存在（不存在）的反转对称的偶数层（奇数层）。光致发光（PL）的测量表明，从一个间接带隙半导体在多层膜的直接带隙在单层的交叉。PL光谱和第一性原理计算一致地揭示了0.4 eV的自旋-谷耦合，其抑制了层间跳跃，并表现为在K点附近的价带边缘处的厚度无关的分裂图案。这种巨大的自旋谷耦合，连同谷依赖的物理性质，可能会导致丰富的可能性操纵自旋和谷自由度在这些原子薄的二维材料。
2012-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in atomically thin transition metal dichalcogenides
原子薄的材料，如石墨烯和单层过渡金属二硫属化物（TMD）表现出显着的物理性质，这是由于它们的降维和晶体对称性。半导体过渡金属二硫属化物的家庭是一个特别有前途的平台，二维（2D）系统的基础研究，在光电子学和谷电子学由于其直接带隙在单层极限和高效的光-物质耦合的潜在应用。具有破缺的反转对称性的晶格结合强自旋-轨道相互作用导致自旋和谷自由度的独特组合。此外，2D字符的单分子膜和弱介电屏蔽的环境产生显着增强的库仑相互作用。由此形成的束缚电子-空穴对或激子主导了材料的光学和自旋性质。在这里，我们回顾了最近的进展，我们了解的激子性能在单层TMD和布局未来的挑战。我们着重讨论了直接库仑作用和交换库仑作用的结果，激子-光相互作用以及其他载流子和激子对TMD中电子-空穴对的影响。最后，谷极化的影响进行了描述和调谐的能量和极化观察到的电场和磁场进行了总结。
2017-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient $GW$ band structure calculations using Gaussian basis functions and application to atomically thin transition-metal dichalcogenides
本研究提出了一种基于高斯基函数的高效$GW$能带结构计算方法，用于原子薄过渡金属二硫化物，实现了快速且准确的能隙计算。
2025-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atomically-Thin Transition Metal Dichalcogenide Nanolasers: Challenges and Opportunities
本文概述了单层过渡金属硫族化物（TMDs）纳米激光器领域，评估了近期声称实现激射的研究，并探讨了实现实用化TMDs纳米激光器面临的挑战与未来方向。
2025-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Direct Optical-Structure Correlation in Atomically Thin Dichalcogenides and Heterostructures
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有独特的光电性能，包括增强的发光和高的开关电流比，可以通过制备更复杂的TMD异质结构来进一步调制。然而，传统的光学方法的分辨率限制不允许在这些材料中，特别是在TMD异质结构中的掩埋界面的直接光学结构相关测量。在这里，我们使用，第一次，在扫描透射电子显微镜（CL-STEM）中的电子束诱导阴极射线发光测量单层TMD（WS 2，二硫化钼和WSSe合金）之间的hBN层封装的光学性质。我们观察到暗区局部（~ 100 nm）的不完美的界面和单层折叠，这表明，在这个应用相关的异质结构层之间的紧密接触所需的适当的层间耦合。我们还实现了一个合适的成像方法，最大限度地减少电子束引起的变化，并提供测量的内在属性。为了克服TMD单层中小的电子相互作用体积的限制（因此光子产率低），我们发现用hBN封装TMD单层并随后退火是重要的。CL-STEM提供了一种强大的方法来直接测量横向或垂直异质结构和合金中的结构-光学对应关系。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coherent Electronic Coupling in Atomically Thin MoSe2
我们报告的第一个直接的光谱证据，在原子薄的过渡金属dichalcogenides，特别是单层MoSe 2的激子和trions之间的相干电子耦合。在双色泵浦-探测光谱中，耦合的信号以孤立的交叉峰出现，峰的线形表明耦合起源于多体相互作用。实验和密度矩阵计算之间的良好一致性表明，由于它们的耦合，形成了相关的激子-trion态。
2014-01-09 cond-mat.mes-hall
Energy dispersive X-ray spectroscopy of atomically thin semiconductors
我们报告的实施能量色散X射线光谱的层状半导体的形式原子薄的过渡金属二硫属化物。该技术是基于扫描电子显微镜配备了硅漂移检测器的能量色散X射线分析。通过优化数值模拟和实验中的操作参数，我们实现了几层晶体的层分辨灵敏度下降到单层极限，并展示了过渡金属二硫属化物的垂直和横向异质双层中的元素组成分布。该技术可以直接应用于其他层状二维材料和范德华异质结构，从而扩展了实验工具箱，用于定量表征原子薄材料和器件的层数，原子组成或合金梯度。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Photoluminescence in Atomically Thin Layered WSe2 Arising from Diffusion-Assisted Exciton-Exciton Annihilation
利用非线性光致发光（PL）光谱和蒙特卡罗模拟研究了WSe 2单分子层中的多激子动力学。我们观察到激子光致发光随激发功率密度的增加而出现强烈的非线性饱和现象，激子的长距离扩散可达几微米。我们证明了扩散辅助激子-激子湮灭模型解释了所观察到的非线性PL行为。长距离激子扩散和随后的有效激子-激子湮灭过程决定了原子级薄层过渡金属二硫属化物中不寻常的多激子动力学。
2014-05-22 cond-mat.mes-hall
Characterizing Transition-Metal Dichalcogenide Thin-Films using Hyperspectral Imaging and Machine Learning
原子级薄的过渡金属二硫族化合物（TMD）多晶材料在基础科学研究和应用领域都具有重要意义。TMD薄膜对有效的纳米级晶体表征提出了独特的困难挑战。在这里，我们提出了一种方法来快速表征的纳米晶晶粒结构和纹理的单层WS2薄膜，使用扫描纳米束电子衍射加上多元统计分析的结果数据。我们的分析管道具有高度的通用性，是传统上用于分析空间分辨电子衍射测量的耗时，复杂和依赖系统的方法的有用替代方案。
2020-01-30 cond-mat.mes-hall
Plenty of motion at the bottom: Atomically thin liquid gold membrane
大约十年前石墨烯的发现是第一次证明了独立的二维（2D）固相。在这里，使用量子分子动力学模拟纳米级的黄金补丁悬浮在石墨烯孔，我们预测存在一个原子级薄，独立的二维液相。由于相对论效应，金的特殊平面稳定性使液相成为可能，这表明金属纳米结构具有极强的流动性，并为各种纳米级现象开辟了可能性。
2015-08-25 cond-mat.mes-hall
Optical coupling between atomically-thin black phosphorus and a two dimensional photonic crystal nanocavity
原子级薄的黑磷（BP）是一种新兴的二维（2D）材料，在近红外区表现出明亮的光致发光。将其辐射耦合到光子纳米结构将是实现基于2D材料的纳米光子器件的重要一步，该器件在近红外线中有效地工作，其中包括技术上重要的光通信波长波段。在这封信中，我们演示了原子薄BP和二维光子晶体纳米腔之间的光学耦合。我们采用自制的干转移装置将薄BP薄片放置在纳米腔的表面上。通过测量室温下光载流子注入下的腔模发射，分析了它们之间的光耦合。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall
Anisotropic complex refractive indices of atomically thin materials: determination of the optical constants of few-layer black phosphorus
本文简要回顾了单层过渡金属二硫属化合物和少层黑磷的光学常数的研究，特别强调了复介电函数和折射率。具体地说，我们给出了磷烯和少层黑磷的复折射率的估计。我们从文献报道的差分反射率数据中提取了这种材料的复折射率，采用约束Kramers-Kronig分析。最后，我们用传输矩阵法研究了磷烯嵌入多层膜系统的线性光学响应。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall
Experimental demonstration of continuous electronic structure tuning via strain in atomically thin MoS2
我们证明了原子级薄的MoS 2柔性衬底上的电子结构的连续调谐通过施加单轴拉伸应变。吸收和光致发光光谱测定了直接带隙跃迁的红移率为70毫电子伏/ %，间接带隙跃迁的红移率为1.6倍。我们的结果，在良好的协议与第一性原理计算，展示了潜在的二维晶体在柔性电子和光电子学的应用。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall
Charge versus energy transfer in atomically-thin graphene-transition metal dichalcogenide van der Waals heterostructures
范德华异质结是由二维材料堆叠而成的，具有独特的光-物质相互作用，有望成为新型光电子器件。这种器件的性能由近场耦合控制，例如，层间电荷和/或能量转移。需要新的概念和实验方法来正确地描述二维异质界面。在这里，我们报告层间电荷和能量转移原子薄金属（石墨烯）/半导体（过渡金属二硫属化物（TMD，这里MoSe $_2$））异质结构使用光致发光和拉曼散射光谱的组合。石墨烯/MoSe $_2$中的光致发光强度被猝灭超过两个数量级，并且随着光子通量线性上升，表明室温MoSe $_2$激子寿命急剧缩短（$\sim 1~\tr{ps}$）。通过对石墨烯和MoSe $_2$拉曼模式的分析，提供了关键的补充见解，其揭示了从MoSe $_2$到石墨烯的净光诱导电子转移和MoSe $_2$中的空穴积累。值得注意的是，石墨烯的稳态费米能在狄拉克点以上的$290\pm 15~\tr{meV}$处饱和。在环境空气和真空中观察到这种行为，并讨论了频带偏移和环境影响。在这种饱和状态下，电子和空穴的平衡光诱导流动可以转移到石墨烯，这是一种有效地导致能量转移的机制。使用宽范围的光子通量和不同的环境条件下，我们发现，净光致电荷转移的存在下，石墨烯/MoSe $_2$的近统一的光致发光猝灭效率没有可测量的影响。这种相关性的缺乏强烈表明，能量转移到石墨烯是原子级薄的TMD和石墨烯之间的主要层间耦合机制。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear phononics using atomically thin membranes
声子晶体和声学超材料用于通过促进人工周期性结构来定制声子和声音传播特性。类似于光子晶体，可以产生声子带隙，其影响波的传播，并且更一般地，允许系统的声学特性的工程。除此之外，周期结构中的非线性现象在光子晶体和光晶格中的原子玻色-爱因斯坦凝聚体中也得到了广泛的研究。然而，创建非线性声子晶体或非线性声学超材料仍然具有挑战性，并且仅展示了少数实例。在这里，我们表明，原子薄，周期性钉扎膜支持耦合本地化模式与非线性动力学。该系统为研究非线性声子学提供了一个平台。
2014-08-06 cond-mat.mes-hall
Charge Scattering and Mobility in Atomically Thin Semiconductors
原子级薄半导体如MoS2的电子输运性质最近引起了重大的审查和争议。在这项工作中，负责限制单层半导体的迁移率的散射机制进行评估。跟踪的2D电子气密度的数量级，在各种温度下的个别散射率的作用。从一个比较研究的个别散射机制，我们得出结论，所有目前报道的原子薄过渡金属二硫族化物半导体的迁移率值是有限的电离杂质散射。当带电杂质密度降低时，远程光学声子散射将决定室温下这些非晶材料中可获得的最高迁移率的上限。本征迁移率将仅在干净的悬浮层中可获得，对于石墨烯也是如此。根据这项研究，我们确定了周围环境的最佳选择，这将有助于实现最高的流动性。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall
Interlayer Exciton Laser with Extended Spatial Coherence in an Atomically-Thin Heterostructure
二维半导体由于其强的激子-光子相互作用和工程和集成的灵活性而成为纳米光子学的一类新材料。利用这些特性，我们设计了一种基于偶极层间激子的高效激光介质，在旋转排列的原子薄异质结构中。激光测量从过渡金属二硫族化物异质双层集成在氮化硅光栅谐振器。在整个激光阈值的发射的空间相干性的急剧增加被观察到。这项工作建立了层间激子在二维异质结构作为硅兼容的相干介质。这些层间激子具有电可调的光-物质相互作用强度和长程偶极相互作用，有望在低功率、超快激光和调制器以及丰富的多体量子现象方面得到应用。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Exciton optics, dynamics and transport in atomically thin semiconductors
原子薄的半导体，如过渡金属二硫属化物（TMD）单层表现出非常强的库仑相互作用，从而产生丰富的激子景观。这使得这些材料对于高效和可调谐的光电子器件具有高度吸引力。在这篇文章中，我们回顾了激子光学，动力学和输运的理解，至关重要的管理TMD为基础的设备的操作的最新进展。我们强调的影响hBN封装，这揭示了过多的许多粒子状态的光谱，我们概述了激子极化激元领域的最新突破。此外，我们强调直接观察激子的形成和热化在TMD单层和异质结在最近的时间分辨ARPES研究。我们还讨论了激子密度、应变和介电环境对激子扩散和散射的影响。最后，提出了原子级薄半导体材料今后的研究方向。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall
Tunnel Magnetoresistance with Atomically Thin Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride Barriers
二维原子薄绝缘体六方氮化硼（h-BN）构成了基于隧道的器件的新范例。大的带隙以及其原子平坦的性质，没有悬挂键或界面陷阱态，使其成为自旋电子器件中隧道自旋输运的理想候选者。在这里，我们展示了自旋极化电子通过磁性隧道结中化学气相沉积制备的大面积单层h-BN的隧穿。在铁磁体/h-BN/铁磁体异质结构的芯片规模制造，我们显示在室温下的隧道磁阻。在不同的偏置电压和具有不同的铁磁电极的多个设备上的测量建立使用h-BN势垒的自旋极化隧穿。这些结果为在室温下工作的有源自旋电子器件和电路中集成二维单层绝缘势垒开辟了道路，并为进一步探索其性能和前景开辟了道路。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall
Excitonic theory of doping-dependent optical response in atomically thin semiconductors
原子薄的半导体中的光激发激子与剩余掺杂密度的相互作用导致多体效应，该多体效应通过外部栅极电压连续可调。在这里，我们开发了一个完全微观的理论来描述掺杂依赖于原子薄的过渡金属二硫属化物的激子性质的操纵。特别是，我们建立了一个对角化方法的薛定谔方程的特点与费米海掺杂剂的虚激子的相互作用。求解这个多体薛定谔方程提供了对三子以及散射态的连续性的访问。耦合激子，trions和散射连续体的动力学随后由海森堡运动方程描述，包括平均场贡献和相关效应，由于激子与trions和散射连续态的相互作用。我们的计算接近带边的光激发揭示了掺杂的激子共振的影响，结合同时识别不仅地面，但也激发，状态trion共振。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall
Impact of optically pumped non-equilibrium steady states on luminescence emission of atomically-thin semiconductor excitons
本文通过微观计算研究连续波泵浦下过渡金属二硫化物激子的非平衡稳态，发现声子辅助跃迁主导导致光致发光激发谱和偏振度出现尖锐特征。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall
Room-Temperature Quantum-Confined Stark Effect in Atomically Thin Semiconductor
电场控制下过渡金属二硫属化物单分子膜中的二维激子动力学是当前凝聚态物理的研究热点。我们已经实验研究了光谱和时间特性的A-激子在二硒化钼（MoSe 2）单层下的垂直，直流电场在室温下的控制变化。通过使用稳态和时间分辨的光致发光光谱，我们已经观察到直流场诱导的光谱位移和线宽加宽，这是一致的激子的非辐射寿命缩短，由于场诱导的解离。我们讨论的影响，在纳米尺度计量和探索，光电子技术的基础上分层，二维半导体的未来发展的结果。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall
Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3
堆积顺序可以显著影响二维（2D）范德华材料的物理性质。最近，原子级薄磁性材料的分离为通过堆叠顺序控制和设计磁性打开了大门。在这里，我们应用静水压力高达2 GPa的原型范德华磁性绝缘体CrI3的堆叠顺序修改。利用磁性圆二色性和电子隧穿测量，我们观察到原子厚度CrI3的层间反铁磁（AF）到铁磁（FM）的不可逆转变。该效应伴随着由偏振拉曼光谱表征的单斜晶系到菱面体堆积顺序的变化。在结构变化之前，层间AF耦合能可以通过压力调谐近100%。我们的实验揭示了层间FM耦合，这是建立在散装碘化铬基态，但从来没有观察到在本地剥离薄膜。所观察到的磁基态和堆叠顺序之间的相关性是在良好的协议与第一性原理计算，并提出了一个纳米磁性纹理的莫尔工程的路线。
2019-05-26 cond-mat.mes-hall
Exciton dynamics in atomically thin MoS2: inter-excitonic interaction and broadening kinetics
我们报告超快泵浦探测光谱研究激子动力学在原子薄二硫化钼。光谱和时间分辨的测量进行调查的两个重要的直接间隙激子（A和B）的相互作用动力学及其相关的增宽动力学。这两种激子表现出强关联的激子间动力学，其中瞬态蓝移激子吸收源于内部A-B激子相互作用。所观察到的复杂的光谱响应是由激子碰撞引起的线宽加宽; B激子线宽的加宽反过来降低了A激子的峰值光谱振幅。在B激子能量的共振激发揭示了激子间散射在确定加宽动力学中比自由载流子散射起着更重要的作用。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall
Crossover from weakly indirect to direct excitons in atomically thin films of InSe
我们进行了$\mathbf{k \cdot p}$理论分析的最低能量和激发态的激子在几层原子薄膜的InSe考虑到平面内的极化率的膜和封装环境的影响的光谱。对于较薄的薄膜，激子的最低能量状态是弱间接的动量空间中，其色散显示在层数依赖的波数的最小值，由于一个相对平坦的最高价带分支的InSe膜光谱的倒置边缘，我们计算的激活能从动量暗激子基态到亮态。当In $_2$ Se $_2$层数超过7层时，激子色散最小值向$Γ$ -点移动。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall
Temperature dependence of photoluminescence lifetime of atomically thin WSe2 layer
在低温下，单层WSe_2的光致发光谱具有许多与所谓的局域激子复合有关的谱线。这些谱线的强度随温度的升高而显著降低。为了理解这一现象背后的机制，我们进行了时间分辨实验，揭示了光致发光衰减时间的类似趋势。我们的研究结果确定了额外的非辐射弛豫通道的开放作为所观察到的局部激子的光致发光的温度猝灭的主要原因。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall
Effect of aging-induced disorder on the quantum transport properties of atomically thin WTe$_{2}$
原子薄层的过渡金属二硫属化物（TMDC）通常被认为是在环境大气中的亚稳态。了解其降解机制对于它们在纳米电子学中的未来应用至关重要，因此最近引起了人们的浓厚兴趣。在这里，我们展示了原子薄的WTe $_{2}$在其低温量子电子输运性质的系统研究。引人注目的是，虽然几层WTe $_{2}$的温度依赖性在新鲜状态下表现出明显的金属化趋势，但降解的器件首先表现出凹入绝缘行为，最后进入完全绝缘状态。相应地，从抛物线到线性磁阻，最后到弱反局域化的交叉被看到。实时拉曼散射测量，以及透射电子显微镜研究之前和之后原子级薄的WTe $_{2}$空气降解进一步证实，该材料逐渐形成非晶岛。因此，它导致局域化的电子状态，并解释了低温库仑间隙中观察到的运输测量。我们的研究首次揭示了少层WTe $_{2}$中异常的磁输运与无序之间的相关性，这对于指导其未来的器件应用是必不可少的。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Electrically controlled emission from singlet and triplet exciton species in atomically thin light emitting diodes
激子是复合玻色子，可以具有自旋单重态和三重态。在通常的半导体中，如果没有额外的自旋翻转机制，三重态激子是效率极低的光发射体。过渡金属二硫属化物（TMD）具有大的自旋-轨道耦合，由于其将圆偏振光耦合到具有选择性谷和自旋$^{1-4}$的激子，因此对于谷电子应用特别感兴趣。在原子级薄的MoSe $_2$ /WSe $_2$ TMD范德华（vdW）异质结构中，vdW层的独特原子配准向层间激子$^{5,6}$提供准角动量，使得能够从否则暗的自旋三重态激子发射。在这里，我们报告电可调自旋单重态和三重态激子发射原子排列的TMD异质结构。我们确认自旋配置的发光激子采用磁场测量有效激子g因子。层间隧穿电流通过TMD vdW异质结构，使单重态和三重态激子发射的电产生在这个原子薄的PN结。我们证明了电荷注入产生的单重态和三重态激子之间的电调谐性。因此，原子薄的TMD异质结构发光二极管使得光电子器件能够通过控制原子堆叠登记来独立地配置自旋和谷量子态。
2020-12-07 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional coherent spectroscopy of trion-polaritons and exciton-polaritons in atomically thin transition metal dichalcogenides
本文通过微观多体计算，研究微腔中过渡金属二硫化物单层内三重子-极化激元和激子-极化激元的二维相干光谱，预测三种交叉峰，揭示分支间相干性，为探索强非线性提供基础。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Coulomb Interaction and Density-Independent Exciton-Scattering Processes in Atomically Thin Semiconductors
Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Universität Münster（明斯特大学）
本文研究了原子薄半导体中库仑相互作用的量子动力学，重点讨论了Umklapp过程、介电屏蔽及不依赖密度的激子散射机制。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall
Tunneling Devices with Perpendicular Magnetic Anisotropy Electrodes on Atomically Thin van der Waals Heterostructures
报道了范德华异质结隧穿器件中垂直铁磁电极的制备。我们发现MgO/Co/Pt薄膜在六方BN上表现出垂直磁各向异性（PMA），其易磁化轴垂直于衬底。真空退火增强了垂直各向异性。沿垂直方向的易轴持续到室温，Pt层厚度范围从1.5到5 nm。我们采用PMA电极在石墨烯和单层WSe 2上构建隧穿器件，其中在没有强肖特基势垒形成的情况下证明了自旋注入特性和场效应晶体管行为。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall
Negative-mass exciton polaritons induced by dissipative light-matter coupling in an atomically thin semiconductor
色散工程是一种功能强大的多功能工具，可以改变光信号的速度，并在粒子和准粒子动力学中引起负质量效应。在这里，我们表明，在光学微腔中的束缚电子-空穴对（激子）和光子之间的耗散耦合可以导致激子极化激元的形成与反向色散的较低的极化激元分支，因此负质量。我们进行直接测量的原子级薄（单层）WS $_2$晶体嵌入平面微腔的异常色散，并证明负质量极化激元的传播方向是相反的，他们的动量。我们的研究为激子极化激元引入了非厄米色散工程的新概念，并为实现固态量子物质的新相开辟了途径。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall
Many-Body Rashba Spin-Orbit Interaction and Exciton Spin Relaxation in Atomically Thin Semiconductor Structures
Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
研究通过建立多粒子 Rashba 霍金量，揭示了二维半导体中局部电场对激子自旋弛豫的影响，发现 MoSe₂ 在特定条件下表现出快速自旋弛豫。
2026-02-17 cond-mat.mes-hall
Plasmonics in Atomically Thin Materials
石墨烯中红外表面等离子体的观察和电操纵引发了对其他原子薄材料中类似光子能力的研究，这些材料能够在可见光和近红外频率下对光进行电调制，以及与光量子发射器的强相互作用。在这里，我们提出了一个简单的分析描述这种结构的光学响应，我们利用它们来研究它们在光调制和量子光学中的应用。具体来说，我们表明，在一个原子厚的贵金属层的等离子体激元可以用来产生完整的可调光吸收，并达到强耦合制度与相邻的量子发射器的相互作用。我们的方法适用于任何支持等离子体激元的薄材料，特别是，我们提供的参数使我们能够轻松计算银，金和石墨烯岛的响应。除了他们的纳米级电光的兴趣，本研究强调了量子纳米光子器件的设计，这些结构的巨大潜力。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Itinerant Ising Ferromagnetism in Atomically thin Fe3GeTe2
绝缘/半导体范德华（vdW）晶体中的固有二维（2D）铁磁性的最新发现为研究基本的2D磁性和采用局域自旋的器件开辟了新的可能性。然而，表现出2D巡回磁性的vdW材料仍然难以捉摸。事实上，合成这种在原子厚度极限下具有强垂直各向异性的单晶铁磁金属一直是一个长期存在的挑战。在这里，我们证明了单层Fe 3GeTe 2是一个强大的2D巡回铁磁体与强大的面外各向异性。层相关的研究揭示了一个交叉从3D到2D伊辛铁磁性的厚度小于4纳米（五层），伴随着居里温度从207 K下降到130 K的单层的快速下降。对于Fe 3GeTe 2薄片厚度超过~15 nm，一个特殊的磁性行为出现在一个中间温度范围内，我们表明，这是由于形成的铁磁畴图案。我们的工作介绍了一种新的原子级薄铁磁金属，这可能是有用的可控的二维巡回伊辛铁磁性的研究和工程自旋电子vdW异质结构。
2018-03-07 cond-mat.mes-hall
Atomically Thin CrCl3: An in-Plane Layered Antiferromagnetic Insulator
最近在原子级薄层范德华（vdW）晶体中发现的磁性为探索二维（2D）极限下的磁现象创造了新的机会。在迄今为止研究的大多数2D磁体中，c轴是易磁化轴，因此在零外加磁场下，每层的极化垂直于平面。在这里，我们证明，原子级薄的CrCl 3是一个分层的反铁磁绝缘体与易平面垂直于c轴，即极化是在每一层的平面内，并没有优选的方向内it. Ligand场光致发光在870 nm观察到的单层极限，证明其绝缘性能。我们研究了在石墨烯/CrCl 3/石墨烯隧道结中使用隧穿磁阻的平面内磁序，建立了层间耦合是反铁磁的双层。从磁阻的温度依赖性，我们得到了一个有效的磁相图的双层。我们的研究结果表明，CrCl 3对研究二维相变物理和制备新型vdW自旋电子器件是有用的。
2019-03-30 cond-mat.mes-hall
Hybrid $\mathbf{k\cdot p}$-tight-binding model for intersubband optics in atomically thin InSe films
我们提出了n掺杂的$γ$ -InSe原子膜作为在红外（IR）和远红外（FIR）范围内的子带间光学的平台，耦合到面外偏振光。取决于InSe膜的膜厚度（层数），这些跃迁从双层的$\sim 0.7$ eV跨越到15层InSe的$\sim 0.05$ eV。我们使用混合$\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$理论和紧束缚模型，完全参数化使用密度泛函理论，在室温下预测它们的振子强度和热线宽。
2018-04-12 cond-mat.mes-hall
Electroluminescence and photocurrent generation from atomically sharp WSe2/MoS2 heterojunction p-n diodes
p-n二极管代表了用于各种光电功能的最基本的器件构建块，但是由于不能将它们选择性地掺杂到p型或n型半导体中，因此难以在原子级薄的过渡金属二硫属化物（TMD）中实现。在这里，我们报告的第一个演示的原子薄和原子尖锐的异质结p-n二极管垂直堆叠的p型单层二硒化钨（WSe 2）和n型少层二硫化钼（MoS 2）。电气测量表明，具有良好定义的电流整流行为和1.2的理想因子的二极管特性。光电流映射显示快速的光响应在整个重叠区域的最高外量子效率高达12%。电致发光研究表明，显着的带边激子发射和显着增强的热电子发光。系统的研究表明，不同的层数依赖的发射特性，并揭示了重要的洞察力的起源热电子发光和电子轨道相互作用的性质在TMD。我们相信，这些原子薄的异质结p-n二极管代表了一个有趣的系统，用于探测的基本电光性质的TMD，并可以开辟一条新的途径，以新颖的光电子器件，如原子薄的光电探测器，光电转换器，以及自旋/谷偏振光发光二极管和片上激光器。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium diffusion of dark excitons in atomically thin semiconductors
原子薄的半导体提供了一个很好的平台来研究紧密束缚激子的有趣的多粒子物理。特别地，钨基过渡金属二硫属化物的性质由亮激子态和暗激子态的复杂流形决定。虽然已知暗激子主导弛豫动力学和低温光致发光，但它们对激子的空间传播的影响仍然难以捉摸。在我们的联合理论-实验研究中，我们解决了这个有趣的制度，暗态运输解决的时空激子动力学hBN封装的WSe $_2$单分子膜共振激发后。我们发现明确的证据表明，一个非常规的，时间依赖性的扩散在第一个几十皮秒，表现出强烈的偏离稳态传播。暗激子状态最初由来自亮态的声子发射填充，导致热激子的产生，热激子的快速膨胀导致扩散系数瞬时增加超过一个数量级。这些发现是相关的原子薄材料的时空激子动力学的基本理解，以及它们的技术应用，使快速扩散。
2021-05-21 cond-mat.mes-hall
Plasmonics in Atomically-Thin Crystalline Silver Films
原子尺度上的光-物质相互作用控制着光电发射和激光等基本现象，同时也使包括光电子学和光通信在内的基本日常技术成为可能。在这种情况下，等离子体激元-导电材料中的集体电子振荡-非常重要，因为它们允许在纳米尺度上操纵光场。石墨烯和其他二维晶体的出现将等离子体激元推到了真正的原子尺度，显示出吸引人的特性，如大的电可调性。然而，这些材料中的等离子体振子要么太宽，要么位于低频，远低于技术相关的近红外区。在这里，我们展示了尖锐的近红外等离子体在光刻图案化的晶圆级原子级薄的银晶体薄膜。我们测量的光谱揭示了窄的等离子体激元（品质因数$\sim4$），进一步支持的低方块电阻相当于散装金属在几个原子层的银膜下降到七个Ag（111）单层。良好的晶体质量和等离子体激元窄，尽管增加了一个薄的钝化电介质，这使得我们的样品对环境条件有弹性。在原子级薄的银中观察到的光谱尖锐和强约束的等离子体激元在电光调制和光学传感应用中具有巨大的潜力。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall
Direct Transition Resonance in Atomically Uniform Topological Sb(111) Thin Films
采用分子束外延方法在优化的Si（111）表面上制备了原子级均匀的Sb（111）薄膜。二维量子阱态和拓扑表面状态在这些薄膜中，以及解决角分辨光电子能谱测量。我们观察到的直接跃迁共振的演变，通过改变激发光子能量（从而垂直晶体动量）。实验结果再现在一个全面的模型计算考虑到第一性原理计算的初始状态和时间反演的低能电子衍射光激发过程中的最终状态。共振行为说明拓扑表面态和量子阱态在所有三维的动量空间中是解析连接的。
2015-11-08 cond-mat.mes-hall
Spin-flop transition in atomically thin MnPS$_3$ crystals
原子级薄的半导体层状反铁磁体如CrI $_3$和CrCl $_3$的磁性状态可以通过形成隧道势垒并测量它们的电阻作为磁场（$H$）和温度（$T$）的函数来探测。这是可能的，因为隧穿磁阻源于对不同层中磁化的相对取向敏感的自旋过滤效应，即，到多层膜的磁性状态。然而，对于在单个层中发生反铁磁性的系统，不会发生自旋过滤：目前还不清楚这种策略是否可行。为了解决这个问题，我们调查隧道运输通过原子级薄晶体MnPS $_3$，范德华半导体，在散装表现出易轴反铁磁秩序内的层。对于低于$T\simeq 78$ K的厚多层膜，$T$依赖的磁阻在$\sim 5$ T处开始，并且被发现跟踪从体磁化测量已知的反铁磁和自旋翻转相之间的边界。磁阻持续下降到个人MnPS $_3$单层几乎不变的特征温度和磁场规模，虽然与不同的依赖$H$。我们讨论了这些发现的原子薄MnPS $_3$晶体的磁状态的影响，得出结论，反铁磁相关性持续到单个单层的水平，并且隧穿磁阻确实允许在二维绝缘材料中的磁性被检测到，即使在没有自旋过滤。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall
Spin dynamics slowdown near the antiferromagnetic critical point in atomically thin FePS3
二维（2D）磁性材料最近吸引了很多兴趣，其独特的性能在几层极限出现。除了所报道的对静态磁特性的影响之外，降低维度对磁化动力学的影响也是2D器件开发的根本兴趣和重要性。在这份报告中，我们调查的自旋动力学原子薄的反铁磁FePS 3的不同层数使用超快泵浦探测光谱。在吸收光泵浦脉冲后，利用磁线性双折射研究了反铁磁序参量随时间的演化。我们观察到一个很强的分歧，在退磁时间附近的内尔温度。发散的特点是幂律依赖于约化温度，与样品厚度的指数下降。我们将我们的结果与临界慢化和涉及自旋和声子的双温度模型的预期进行比较，并讨论了自旋-衬底声子相互作用的可能相关性。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall
Electrical control of interlayer exciton dynamics in atomically thin heterostructures
半导体中的激子，即受激电子和空穴的束缚对，可以形成新类别的量子光电子器件的基础。由原子级薄的半导体过渡金属二硫属化物（TMD）构建的范德华异质结构使得能够在不同层中由电子和空穴形成激子，从而产生具有大结合能和长寿命的层间激子。利用单层TMD的异质结构，我们实现了长寿命中性和带电层间激子的光和电产生。我们证明了中性层间激子在整个样品中的传输，可以通过激发功率和栅电极来控制。利用欧姆接触器件实现了带电层间激子的漂移运动。激子的电产生和控制为实现玻色子复合粒子的完全电调谐量子操纵提供了一条新的途径。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall
Theory of In-Plane-Magnetic-Field-Dependent Excitonic Spectra in Atomically Thin Semiconductors
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；University of Münster（明斯特大学）；Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）
本研究提出在原子薄半导体中，平面磁场通过诱导自旋明亮与暗态激子跃迁的混合，导致自旋暗态激子明亮化，并揭示了其光谱特征的复杂相互作用。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall
Non equilibrium anisotropic excitons in atomically thin ReS$_2$
我们提出了一个系统的调查的电子性质的散装和几层ReS $_2$范德华晶体使用低温光谱。从两个非简并带边激子跃迁观察到微弱的光致发光发射，两个非简并带边激子跃迁由$\sim$ 20 meV分开。两个激子跃迁的可比发射强度与激子的完全热化（玻尔兹曼）分布不相容，表明发射的热性质。虽然DFT计算预测双层ReS $_2$有一个直接的基本带隙，我们的光学数据表明，在所有情况下的基本间隙是间接的。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall
Atomically thin p-n junctions with van der Waals heterointerfaces
半导体pn结是现代电子学和光电子学的基本构件。在常规半导体中，pn结在与未补偿掺杂剂原子相关联的平衡和内建电势下产生自由载流子的耗尽区。通过该区域的空间范围限定的扩散和漂移过程发生跨结的载流子输运。随着原子级薄的范德华（vdW）材料及其异质结构的出现，我们现在能够实现量子极限的pn结。特别是，由p型和n型半导体组成的vdW结，每一个只有一个单元电池厚的预测表现出完全不同的电荷传输特性比体结。在这里，我们报告的电子和光电特性的原子薄的p-n异质结制造使用VDW组件的过渡金属二硫属化物（TMDC）。在p-n界面，我们观察到栅极可调二极管类电流整流和光伏响应。我们发现，隧道辅助层间复合的多数载流子是负责的电子和光电过程的可调谐性。将原子pn结夹在石墨烯层之间增强了光激发载流子的收集。这里提出的原子尺度的vdW p-n异质结构成了功能电子和光电元件的最终量子极限。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall
Determining the phase diagram of atomically thin layered antiferromagnet CrCl$_3$
原子级薄的磁性范德华多层膜的自旋结构的变化会导致其光电性质的急剧变化。相反，这些系统的光电响应提供了有关磁状态的信息，这是很难获得的。在这里，我们表明，在氯化铬$_3$多层膜中，隧道电导对外加磁场（$H$），温度（$T$）和层数（$N$）的依赖性跟踪的演变的磁状态，使这些系统的磁相图实验确定。除了高场自旋翻转转变发生的所有厚度，在平面内的磁导表现出奇偶效应，由于低场自旋翻转转变。如果层数$N$是偶数，则由于非常小的面内磁各向异性，转变发生在$μ_0 H \sim 0$ T处，而对于奇数$N$，未补偿层的净磁化导致转变发生在有限的$H$处。通过定量分析的现象，我们确定的层间交换耦合以及交错磁化，并表明在CrCl $_3$形状各向异性占主导地位。我们的结果揭示了原子级薄层状反铁磁体的丰富行为，具有弱磁各向异性。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall
Microscopic many-body theory of two-dimensional coherent spectroscopy of excitons and trions in atomically thin transition metal dichalcogenides
本文提出微观多体理论，用极化子格林函数描述单层MoSe2中激子与三离子的二维相干光谱，在不引入唯象参数的情况下成功再现实验中的量子拍频，并分析了理论与实验的定量差异来源。
2022-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
