Spatially-indirect Exciton Condensate Phases in Double Bilayer Graphene
我们提出了一个理论的空间间接激子凝聚态的系统组成的一对电气隔离的Bernal石墨烯双层。二维位移场/双层间偏置空间中的基态相图包括层极化半导体、自旋密度波态、激子凝聚体以及具有混合激子和自旋序的态。我们发现，两种不同的凝聚态，区分的手征指数，在不同的电控制条件下是稳定的。
2016-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Excitons in Biased Bilayer Graphene
最近的测量表明，在偏置的双层石墨烯中可以产生高达250 meV的连续可调带隙[Y. Zhang等人，Nature 459，820（2009）]，为在室温下操作的可能的石墨烯基纳米电子和纳米光子器件开辟了途径。在这里，我们表明，该系统的光学响应是由束缚激子。的光学吸收光谱的主要特征是由一个单一的对称峰所产生的激子，一个配置文件是显着不同的带间跃迁图片。在实验室条件下，激子的结合能可以通过从零到几十meV的外部偏压来调谐。这些新的强激子行为是由于一个独特的，有效的“一维”联合态密度和连续可调的带隙偏置双层石墨烯。此外，我们还表明，电子结构（能级简并度，光学选择规则等），由于赝自旋物理的原因，在有偏压的双层石墨烯中束缚激子的性质与二维氢原子中的明显不同。
2010-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Using top graphene layer as sacrificial protection during dielectric atomic layer deposition
我们研究了远程等离子体增强原子层沉积（PE-ALD）的石墨烯底层氧化物（HfO 2和Al 2 O3）的结构损伤。介电膜生长在双层石墨烯上，而不会对底部石墨烯层造成显著损伤。基于拉曼光谱，我们证明了底部石墨烯层具有单层石墨烯的显著特征。在初始半周期PE-ALD期间，上部石墨烯层与金属前体反应，形成均匀的成核岛或活性金属碳化物层。在单层电介质覆盖之后，底部石墨烯层具有额外的保护。上层石墨烯层作为牺牲层，不仅促进了石墨烯上电介质的粘附，而且保护了底层石墨烯层的晶格对称性。我们的研究结果表明，双层石墨烯允许控制/限制在ALD过程中的缺陷的程度，并可能是一个很好的起始材料，用于构建场效应晶体管和传感器件。
2014-03-15 cond-mat.mtrl-sci
The dielectric impact of layer distances on exciton and trion binding energies in van der Waals heterostructures
单层过渡金属二硫属化物（TMD）和范德华异质结构的电学和光学性质强烈地受其介电环境的影响。在每一层中，库仑相互作用的场线被相邻的材料屏蔽，这降低了单粒子带隙以及激子和三重子的结合能。通过结合半导体多粒子方法的电介质异质多层环境的静电模型，我们证明了电子和光学性质是敏感的原子尺度上的层间距离。光谱测量结合直接解决方案的三粒子薛定谔方程揭示了正确预测最近测得的层间距离的trion结合能。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Non-invasive control of excitons in two-dimensional materials
我们研究如何外部屏蔽形状的激子在二维（2d）半导体嵌入横向结构的介电环境。这些元素激发的原子尺度视图开发使用模型，适用于各种材料，包括过渡金属二硫属化物（TMDC）。我们发现，结构化的电子束在这些系统中的激子上留下了一个独特的势能景观：虽然基态激子的影响最小，但较高的激子被吸引到具有高介电常数的环境区域。这种景观是“颠倒的”，在这个意义上说，低能量激子的影响不如其较高能量的同行。相应的能量变化出现在几个晶胞量级的长度尺度上。这开辟了通过在最终小的空间尺度上定制的电介质衬底来捕获和引导更高激子的前景。
2017-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of high-K dielectrics on charge transport in graphene
研究了不同掺杂浓度对单层石墨烯中电荷迁移率的影响。通过计算极性衬底产生的远程光学声子散射，并将其与它们对库仑杂质散射的影响相结合，出现了石墨烯中电荷输运的影响的全面图片。研究发现，虽然高$κ$介电常数可以强烈地降低介电屏蔽引起的库仑散射，但由它们引起的表面声子模的散射抵消了这一优势。通过与窄带隙III-V族半导体的室温输运性质的比较，概述了提高单层石墨烯中的迁移率的策略。
2010-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the exciton binding energy and the dielectric constant in single crystal methylammonium lead tri-iodide perovskite
利用磁反射率法在很强的磁场下精确地测定了甲基三碘化铅铵单晶的激子结合能和折合质量。该单晶具有优良的光学性能，激子跃迁的线宽为$\sim 3$ meV，并且即使在零磁场下也清晰可见的2s跃迁。激子结合能的$16 \pm 2$毫电子伏在低温正交相几乎是相同的多晶样品中发现的值，至关重要地排除任何可能性，激子结合能取决于晶粒尺寸。在室温下的四元相，由高磁场下1 s-2s分裂的演化估算出激子结合能的上限为$12 \pm 4$ meV.
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Effects of Dielectric Property, Separation Distance, and Band Alignment on Interlayer Excitons in 2D Hybrid MoS2/WSe2 Heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMDC）半导体的二维范德华异质结显示了一类具有特殊性质的空间分离激子。层间激子（XI）已被广泛研究，但调制XI的机制仍然没有很好地理解。在这里，我们介绍了几个有机层嵌入的混合异质结，二硫化钼/有机/WSe 2，研究的结合能XI。我们发现，准粒子的介电屏蔽减少与有机分子由于降低介电常数和更大的TMDC层之间的分离距离。因此，在层间发射中观察到明显的蓝移。我们还发现，在异质界面的能带排列是至关重要的。当有机层提供交错能态时，层间电荷转移可以从隧穿转变为带辅助转移，由于更强的偶极相互作用而进一步增加XI发射能量。XI的形成也可以用电子或空穴捕获分子显著抑制。这些发现应该是有用的，在实现基于XI的光电子学。
2021-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Dark-exciton driven energy funneling into dielectric inhomogeneities in two-dimensional semiconductors
二维过渡金属二硫属化物半导体（2D TMD）的光电和输运性质极易受到外部扰动的影响，从而能够通过合成后修饰来精确定制材料功能。在这里，我们表明，称为纳米气泡的纳米级不均匀性，可用于应变和，侵入性较小，介电调谐的双层二硫化钨（WSe 2）中的激子输运。我们使用超灵敏的时空分辨光学散射显微镜直接成像激子输运，揭示了介电纳米气泡在室温下的激子捕获和捕获激子是令人惊讶的高效，即使明亮激子的能量受到的影响可以忽略不计。我们的观察结果表明，激子functionalities在介电不均匀性驱动的动量间接（暗）激子的能量更敏感的介电扰动比明亮的激子。这些结果揭示了一种新的途径，以控制激子输运在二维半导体具有特殊的空间和能量精度，使用暗态能量景观的介电工程。
2022-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of dynamical screening on the BCS-BEC crossover in double bilayer graphene: Density functional theory for exciton bilayers
基于密度泛函理论推导了双层激子系统的能隙方程，并将我们的结果与量子蒙特卡罗模拟和最近的双双层石墨烯实验进行了比较。间隙方程有一个平均场的形式，但包括一个一致的治疗动态屏蔽。我们发现，间隙生存在更高的密度比以前认为从平均场估计，这给出了强有力的迹象表明，在零磁场的双双层石墨烯系统可以被用作模型系统来调查的BCS-BEC交叉。此外，我们表明，约瑟夫森对转移可以是大量的小带隙和密度。
2021-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Minimal model for charge transfer excitons at the dielectric interface
在不使用完全局域化的空穴（或电子）的情况下，跨越供体-受体界面的电荷转移（CT）激子的理论描述是有机太阳能电池领域中的挑战。通过求解非均匀介质界面的有效两粒子薛定谔方程，计算了CT激子的总波函数。我们用公式表示了CT的大小，并构造了CT激子在反转对称性破坏下的极小模型。我们表明，无论是轻孔质量和孔本地化沿正常的电介质界面是至关重要的CT激子产量。
2016-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Corundum as an Ideal Gate Dielectric Material for Graphene Transistors
利用物理洞察力和先进的第一性原理计算，我们认为石墨烯是石墨烯晶体管的理想栅极介电材料。石墨烯和Al封端的（或羟基化的）Al 2 O 3之间存在清洁界面，并且这些系统的价带偏移足够大以产生注入势垒。值得注意的是，可以在吸附在Al封端表面上的石墨烯层中诱导出>> 180 meV的带隙，这可以在石墨烯晶体管中实现大的开/关比和高的载流子迁移率，而无需额外的带隙工程和显著降低的输运性质。此外，石墨烯/Al 2 O3体系的带隙可以通过外加电场进行调节，以满足实际应用的需要。
2011-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale solution-derived molecular gate dielectrics for low-voltage graphene electronics
石墨烯场效应晶体管与溶液处理的多层混合有机-无机自组装纳米电介质（SAND）集成。与传统SiO2栅压控制器件相比，所得到的器件具有低工作电压（2 V）、可忽略的滞后、在真空（压力< 2 x 10-5 Torr）中具有> 1.0的本征增益的电流饱和以及整体性能的改善。场效应迁移率和残余载流子浓度的统计分析表明，在整个3英寸晶片上的电介质界面性质和石墨烯晶体管特性的高度空间均匀性。因此，这项工作确立了SAND作为大面积，高性能石墨烯电子产品的有效平台。
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Flexible transistors exploiting P3HT on paper substrates and graphene oxide films as gate dielectrics: proof of concept
在本文中，我们报告：GO在水溶液中作为栅极介电材料的用途，其在基于有机半导体的MOS晶体管中的应用，以及纸作为衬底材料的用途。
2013-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Substrate-assisted nucleation of ultra-thin dielectric layers on graphene by atomic layer deposition
我们报告了在单层石墨烯上通过非籽晶原子层沉积生长的Al 2 O3薄膜的润湿性的大的改善，而不产生点缺陷。这种增强的润湿是通过使用由下面的金属衬底在石墨烯表面上诱导的极性陷阱来大大增加成核密度来实现的。然后通过标准方法将所得的Al 2 O3/石墨烯叠层转移到SiO2。
2014-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Tensor of CrSBr from Spectroscopic Imaging Ellipsometry
Institute of Physics, University of Münster（明斯特大学物理研究所）；Department of Inorganic Chemistry, University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化工大学无机化学系）；Center for Soft Nanoscience (SoN), University of Münster（明斯特大学软纳米科学中心）
研究通过光谱成像椭偏光谱分析确定CrSBr薄膜的完整介电张量，揭示其光学各向异性及激子共振特性，为未来自旋光电子和光子应用提供基础见解。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Quantitatively Enhanced Reliability and Uniformity of High-κ Dielectrics on Graphene Enabled by Self-Assembled Seeding Layers
石墨烯在集成电路中的全部潜力只能通过可靠的超薄高κ顶栅电介质来实现。在这里，我们报告了对石墨烯上石墨烯的击穿特性的第一次统计分析，这允许同时优化栅极电容和描述大面积均匀性和介电强度的关键参数。特别地，通过原子层沉积生长并通过分子薄的二萘嵌苯-3，4，9，10-四羧酸二酐有机单层接种的垂直不均匀和横向均匀的Al 2 O3和HfO 2叠层表现出高均匀性（Weibull形状参数β > 25）和大击穿强度（Weibull尺度参数，EBD > 7 MV/cm），其与在Si衬底上生长的对照叠层相当。
2013-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Probing the influence of dielectric environment on excitons in monolayer WSe2: Insight from high magnetic fields
原子级薄的半导体中的激子必须靠近表面，因此它们的性质预计会受到周围介电环境的强烈影响。然而，探索这种作用的系统研究是具有挑战性的，部分原因是最容易获得的激子参数-激子的光学跃迁能量-在很大程度上是受周围介质影响的\textit{un}。在这里，我们表明，介电环境的作用是揭示通过其系统的影响\textit{size}的激子，这可以直接测量通过高磁场中的激子跃迁的抗磁位移。利用剥离的WSe $_2$单层膜固定在单模光纤上，通过用不同的材料封装薄片来调节周围的介电环境，并在65 T下进行了极化低温磁吸收研究。系统的激子的大小与介电屏蔽的增加，并同时减少结合能（也从这些测量推断），定量比较领先的理论模型。这些结果证明了激子性质如何在未来的2D光电子器件中进行调节。
2016-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric constant of monolayer transition metal dichalcogenides across excitonic resonances
我们分析了低维过渡金属二硫属化物（TMDC）的介电函数光谱，使用一个完全解析模型的复杂介电函数，适用于分数维空间。我们提取的$A$和$B$激子的维数，以及它们的洛伦兹加宽宽度，通过拟合模型的光子能量（1.5 - 3 eV）的光谱范围内的实验数据。我们的研究结果表明，最低的地面激子状态的示范性单层材料（MoS $_2$，MoSe $_2$和WSe $_2$）的介电性能的显着贡献。激子维数参数化的过程，基础的限制和多体库仑效应以及基板屏蔽效应，这简化了分析的电光性能在低维系统。这项研究突出了潜在的理论模型作为有价值的工具，用于解释光谱，并在寻求理解的相关动力学之间的$A$和$B$激子对TMDC的介电函数。
2018-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of dielectric environment on the brightening of neutral and charged dark excitons in WSe$_2$ monolayer
半导体过渡金属二硫属化物的原子薄单层（ML）的介电环境影响ML中的电子带隙和激子结合能两者。我们研究了WSe $_2$ ML中中性和带电暗激子发射的面内磁场增亮效应。研究了三种介质环境中的单层膜，特别是六方氮化硼（hBN）薄片中的多层膜、沉积在hBN层上的多层膜以及镶嵌在hBN薄片和SiO $_2$ /Si衬底之间的多层膜。我们观察到中性和带电暗激子的增亮率依赖于介质环境，这可能与ML中载流子浓度水平的变化有关。此外，周围的介质，其特征在于由不同的介电常数，弱影响的相对能量的中性和带电的暗激子在参考明亮的。
2022-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton formation in graphene bilayer
研究了短程库仑相互作用和有限电压差下石墨烯双层系统中激子的不稳定性。在受控近似下，导出了自洽激子带隙方程，并进行了数值和解析求解。我们得到了一个临界库仑相互作用强度存在的激子的形成。临界强度取决于层之间的电压差的量和层间跳跃参数。
2008-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Controlling Excitons in Quasi-1D Perovskites by Dielectric Screening and Connectivity
该研究采用GW近似和Bethe-Salpeter方程框架的第一性原理多体微扰理论，揭示一维限域、八面体连通性与介电屏蔽对准一维钙钛矿激子特性的影响，为相关材料设计和光学实验解读提供依据。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Dielectric Screening in van der Waals Heterostructures via Pressure-Tuned Exciton Rydberg Series
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
通过研究单层WSe₂封装在六方氮化硼中的激子里德堡系列，探测压力诱导的周围介电性质变化，提出基于层间距离压力诱导演变和hBN本体介电性质的模型，实现了对压紧hBN介电常数的直接测量，建立了一种新的介电传感方法。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Dielectric Environment on Trion Emission from Single-Walled Carbon Nanotube Networks
Trions是在存在载流子（空穴或电子）的情况下，在低维半导体的光或电激发时形成的带电激子。从半导体单壁碳纳米管（SWCNT）的三电子发射发生在近红外和在较低的能量相比，各自的激子。它可用作SWCNT样品和器件中过量载流子存在的指示剂。激子和激子对纳米管周围的电介质都非常敏感，这影响了它们在光电子器件中的应用。在这里，不同的介电材料的激子和trion发射从静电掺杂网络的聚合物分选（6，5）单壁碳纳米管顶栅场效应晶体管的影响进行了研究。所观察到的空穴和电子积累的激子和激子发射能量和强度的差异不能用不同介电材料的极化率或屏蔽特性来解释，但它们显示出对电荷捕获特性的明显依赖性。电荷局部化（电介质捕获空穴或电子）减少激子猝灭、发射蓝移和三电子形成。基于所观察到的载流子类型和介电材料依赖性变化，三电子与激子发射的比率和激子蓝移不适合作为碳纳米管掺杂水平的定量度量。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Suppressing Diffusion-Mediated Exciton Annihilation in 2D Semiconductors Using the Dielectric Environment
原子薄的半导体，如单层MoS 2和WS 2表现出非线性激子-激子湮灭在非常低的激发密度（低于~10激子/μ m2的MoS 2）。在这里，我们表明，在发生湮灭的密度阈值可以通过改变底层基板调谐。当支撑衬底由SiO2变为Al 2 O3或SrTiO 3时，二级激子-激子湮灭速率常数kXX [cm 2/s]分别降低了一个或两个数量级。使用瞬态光致发光显微镜，我们测量的有效的室温激子扩散系数在化学处理的二硫化钼为D = 0.06 +/- 0.01 cm 2/s，对应的扩散长度LD = 350 nm的激子寿命τ = 20 ns，这是独立的衬底。这些结果，连同数值模拟，表明有效激子-激子湮灭半径单调地随着底层衬底的折射率的增加而减小。激子-激子湮灭限制了在高激子密度下工作的2D半导体器件的整体效率;通过介电环境调节这些相互作用的能力是朝着以原子级薄材料为特征的更高效光电技术迈出的重要一步。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of Exciton Dynamics in Single-Layer WSe2 Using a Toroidal Dielectric Metasurface
最近的进展，新兴的原子薄过渡金属二硫属化物半导体与强大的光-物质相互作用和可调的光学性能提供了新的方法，实现新的材料功能。耦合二维半导体与全介电共振纳米结构代表了一个特别有吸引力的机会，在近场和远场制度操纵光学性质。在这里，通过将单层WSe 2和氧化钛（TiO 2）介电超颖表面与环形谐振相结合，我们在室温和低温下实现了超过一个数量级的强激子发射增强。此外，我们可以通过使用温度来调整激子和环形共振的光谱重叠来控制激子动力学和湮灭，从而使我们能够选择性地增强Purcell效应。我们的研究结果提供了丰富的物理洞察耦合与环形介电超颖表面的单层TMD中的强光-物质相互作用，具有重要的意义，光电子学和光子学应用。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Ultrafast Interfacial Exciton Formation and Recombination in Graphene/MoS2 Heterostructure
在这项研究中，我们结合时间分辨太赫兹光谱与瞬态吸收光谱，重新审视层间非平衡载流子动力学在很大程度上横向尺寸的Gr/MoS 2异质结构与化学气相沉积方法制造。我们的实验结果表明，当光子能量低于MoS 2单层的A激子时，热电子从石墨烯到MoS 2的转移在小于0.5ps的时间尺度内发生，导致异质结构中界面激子的超快形成，随后界面激子的复合弛豫发生在~18 ps的时间尺度内.提出了一个考虑石墨烯中载流子加热和光门效应的新模型来估算异质结中的载流子转移量，该模型与实验结果吻合较好。此外，当光子能量与MoS 2的A激子共振时，MoS 2中的光生空穴在0.5ps内转移到石墨烯层，导致界面激子的形成，随后的石墨烯光电导弛豫和MoS 2中A激子的漂白恢复发生在约10 ps的时间尺度，归因于界面激子的复合。共振激发下界面激子的更快复合时间可能来自于带隙重整化效应引起的界面势垒的降低。我们的研究为深入理解石墨烯基异质结构中的界面电荷转移以及弛豫动力学提供了深刻的见解，这对于石墨烯基光电子器件的应用具有重要意义。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topologically localized excitons in single graphene nanoribbons
利用扫描隧道显微镜（STM）技术，以原子尺度的空间分辨率探测了在金属表面合成的原子级精确石墨烯纳米带（GNRs）的激子发射。一个基于STM的策略转移GNR到一个部分绝缘的表面是用来防止光发射猝灭的金属基板的带。亚纳米分辨STM诱导的荧光光谱揭示了从局部暗激子的发射建立在GNRs的拓扑末端状态。低频振动电子发射梳的特性随GNR长度的变化，归因于纵向声学模式被限制在一个有限的盒子。总的来说，我们的研究提供了一种新的途径来研究原子级精确的石墨烯纳米结构中激子，振动子和拓扑结构之间的相互作用。
2022-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton Energy Spectra in Two-Dimensional Graphene Derivatives
在重要的二维（2D）石墨烯衍生物中，即，石墨炔和石墨烷，被发现是强烈修改的量子限制，使他们从通常的里德伯系列定性不同。然而，它们的奇偶性和光学选择规则被保留。因此，一个单参数修改的类氢模型应用于定量解释从头算激子光谱，并允许一个外推的电子-空穴结合能从二维半导体的光学光谱，而无需昂贵的模拟。同时，我们计算的光学吸收光谱和增强的自旋单重态-三重态分裂项目graphyne，石墨烯的同素异形体，作为一个有趣的能源和生物医学应用的候选人。
2013-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Seeing many-body effects in single- and few-layer graphene: Observation of two-dimensional saddle-point excitons
通过在宽光谱范围内测量石墨烯的光学电导率，包括电子结构中的二维π带鞍点奇异性，在石墨烯中观察到显著的激子效应。强的电子-空穴相互作用表现在非对称共振峰值为4.62 eV，这是红移了近600 meV的从头计算GW预测的值的带-带跃迁。所观察到的激子共振解释内的现象学模型作为一个强耦合的激子态和带连续的Fano干涉。我们的实验还表明，在几层石墨烯层厚度的激子共振弱依赖。这一结果反映了排斥电子-电子（e-e）和吸引电子-空穴（e-h）相互作用的有效抵消。
2011-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fractional Dimensional Approach to Dielectric Tuning Effects on Excitonic Parameters in 2D semiconductor materials
本文提出分数维方法，用于在变化介电环境中快速准确计算二维半导体WS₂单层的激子结合能与准粒子带隙，并通过调谐介电常数实现显著能量调控，验证了方法的普适性与高效性。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exciton-dominated Dielectric Function of Atomically Thin MoS2 Films
我们系统地测量了不同层数的原子级MoS 2薄膜的介电函数，并证明当薄膜厚度小于5-7层时，激子效应在介电函数中起主导作用。介电函数显示出异常依赖于层数。当膜厚小于5-7层时，随着膜层数的增加，薄膜的折射率减小;当膜厚大于7层时，随着膜层数的增加，薄膜的折射率增大。我们发现，这是因为激子效应是非常强的薄膜中的二硫化钼和其贡献的介电函数可能占主导地位的能带结构的贡献。通过对实验结果的直观拟合，得到了薄膜中激子的束缚能和玻尔半径随层的变化。激子效应的优势与常规材料的介电函数通常由能带结构决定的报道形成鲜明对比。介电函数的知识可以使得能够设计原子级薄的MoS 2膜的光-物质相互作用，用于开发新型光子器件，例如超材料、波导、光吸收器和光发射器。
2015-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Revealing exciton masses and dielectric properties of monolayer semiconductors with high magnetic fields
在半导体物理学中，许多重要的光电材料参数可以通过在足够大的磁场中的光谱学实验来揭示。对于单层过渡金属二硫族化物半导体，由于沉重的载流子质量和巨大的激子结合能，这种场规模是相当大的-几十特斯拉或更多。本文报道了单层MoS $_2$、MoSe $_2$、MoTe $_2$和WS $_2$在高达91 T的高磁场中的吸收光谱。我们不仅跟踪激子的$1s$基态，而且跟踪其激发态$2s$、$3s$、. $ns$ Rydberg说。这提供了一个直接的实验测量的有效（减少）激子质量和介电性能。激子结合能，激子半径，和自由粒子的带隙也被确定。测得的激子质量比理论预测的要重，特别是对于钼基单层膜。这些结果提供了必要的和定量的参数，光电范德华异质结构的合理设计纳入二维半导体。
2019-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Interlayer Excitons in Bilayer Graphene Nanoribbons
本研究通过激发态密度泛函计算，证明扶手椅型双层石墨烯纳米带中存在强层间激子耦合，发现其具有室温长寿命辐射特性，并指出通过堆叠顺序工程可调控激子响应与寿命。
2025-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Thickness Dependence of Carrier Mobility in Graphene with HfO2 Top Dielectric
我们调查的载流子迁移率在单层和双层石墨烯与顶部HfO 2电介质，作为HfO 2膜厚度和温度的函数。结果表明，载流子迁移率在顶部电介质的前2-4 nm的沉积期间降低，并且对于较厚的层保持恒定。载流子迁移率对温度的依赖性相对较弱，表明声子散射在控制载流子迁移率方面不起主导作用。这些数据强烈表明，位于石墨烯附近的固定带电杂质是迁移率下降的原因。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative activation energy and dielectric signatures of excitons and excitonic Mott transitions in quantum confined laser structures
大多数情况下，光学光谱被用来研究激子的物理，而它们的电学证据几乎没有探索。在这里，我们研究了一个正向偏压激活的差分电容响应的GaInP-AlGaInP基多量子阱激光二极管跟踪激子的存在，使用电气测量。发光后负激活能的出现被理解为在中等范围的载流子注入下稳态激子布居的化学特征。在用分子束外延生长的InGaAs-GaAs量子点激光器结构中也观察到类似的确证结果。随着偏置的增加，测得的差分电容响应慢慢消失。这表示在GaInP-AlGaInP激光二极管中激子相到电子-空穴等离子体的逐渐Mott跃迁。随着正向偏压的增加，电致发光光谱中越来越多的高能量尾部的指数形状进一步证实了这一点，这源于自由电子和空穴的非简并种群的增长。激子的电学和光学性质之间的这种实验相关性可以用于推进下一代激子器件。
2016-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in van der Waals heterostructures: The important role of dielectric screening
强束缚激子的存在是新发现的原子级薄半导体的标志之一。虽然可以理解的是，大的结合能主要是由于在二维（2D）的弱介电屏蔽，屏蔽的2D激子的作用仍然缺乏系统的调查。本文对一个广泛使用的二维类氢激子模型（介电函数ε（q）= 1 + 2παq）进行了批判性的评价，并提出了一个适用范围更广的准二维模型.在准二维图像中，电子和空穴被描述为在垂直方向上具有有限延伸的面内点电荷，并且它们的相互作用被具有非线性q依赖性的介电函数屏蔽，该介电函数是从头计算的。屏蔽相互作用被用于广义Mott-Wannier模型中，以计算孤立和支持的二维材料中的激子结合能。对于孤立的二维材料，准二维处理产生的结果几乎完全相同的严格的二维模型，都是在良好的协议与从头算多体计算。另一方面，对于更复杂的结构，如支撑层或嵌入在范德华异质结构中的层，激子在倒易空间中的尺寸远远超出了介电函数的线性范围，并且准2D描述必须取代2D描述。我们的方法的优点是提供了一个无缝连接之间的严格的2D限制隔离单层材料和更大的支持2D材料或范德华异质结构的屏蔽特性。
2015-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dipolar interactions enhanced by two-dimensional dielectric screening in few-layer van der Waals structures
本文从理论上研究了少层范德华结构中二维介电屏蔽对层间激子偶极及四极相互作用的显著增强机制，发现其强度可提升1至2个数量级，并能通过介电环境工程进一步调控。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Utilization of a Buffered Dielectric to Achieve High Field-Effect Carrier Mobility in Graphene Transistors
我们在顶栅石墨烯晶体管中的石墨烯和常规栅极之间利用有机聚合物缓冲层。与其他绝缘体不同，该电介质叠层不会显著降低载流子迁移率，从而允许在顶栅操作中保持高场效应迁移率。这在两点和四点分析以及石墨烯晶体管的高频操作中都得到了证明。载流子迁移率的温度依赖性表明声子是这些器件中的主要散射体。
2009-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Environment Effect on Carrier Mobility of Graphene Double-Layer Structure
基于玻尔兹曼输运理论，研究了介电环境对石墨烯双层结构（GDLS）中电荷杂质限制载流子迁移率的影响.在该系统中，两个石墨烯层由电介质阻挡层分开。指出当层间距离大于费米波矢的倒数时，载流子迁移率强烈依赖于势垒层的介电常数。此外，对提高GDLS受电荷杂质限制的载流子迁移率的条件进行了评价。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sub-nm range momentum-dependent exciton transfer from a 2D semiconductor to graphene
Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（法国国家科学研究中心，斯特拉斯堡材料物理与化学研究所）；Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS, LPCNO（图卢兹大学，INSA-CNRS-UPS，LPCNO）；Research Center for Functional Materials, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构功能材料研究中心）；International Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构国际纳米结构材料中心）
研究通过时间分辨光致发光光谱揭示了二维半导体与石墨烯异质结中激子转移机制，发现亚纳秒级转移时间及层间距离对转移过程的影响，揭示了电荷隧穿在激子动力学中的主导作用。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscopy of Excitons in Atomically Thin In-Plane Heterostructures with Nanointerfaces
University of Georgia（佐治亚大学）；Syracuse University（雪城大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）；University of Vigo（维戈大学）；Rice University（莱斯大学）
研究通过纳米光谱和PL映射揭示原子薄异质结构中激子与介电响应的纳米尺度关联，建立多模式近场光谱学框架。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Scaling of excitons in carbon nanotubes
预期来自碳纳米管的光发射由激子复合主导。在这里，我们计算的激子在纳米管中嵌入在电介质的性质，为广泛的管半径和电介质环境。我们发现，简单的标度关系给出了一个很好的描述的结合能，激子的大小，和振子强度。
2004-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Beginnings of Exciton Condensation in Coronene Analog of Graphene Double Layer
激子凝聚，激子到单个量子态的玻色-爱因斯坦凝聚，最近已经在包括石墨烯和范德华异质结构的双层的低维材料中实现。在这里，我们研究计算激子凝聚的开始在一个双层组成的晕苯，七个苯环补丁的石墨烯。作为层间距的函数，我们计算了单个相干量子态中的激子布居，表明在2 μ m附近的距离处，布居峰值约为1.8。可视化显示在冷凝物的分离距离处的层间激子。我们确定的激子人口作为两个晕苯层之间的扭曲角的函数，以揭示幻角在那里的凝聚峰。与以前最近的计算显示一些激子凝聚在并六苯双层和苯堆，本双电子约化密度矩阵计算与晕苯提供计算证据的能力，实现激子凝聚在分子尺度的类似物的扩展系统，如石墨烯双层。
2022-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reduced absorption due to defect-localized interlayer excitons in transition metal dichalcogenide-graphene heterostructures
该研究采用多体微扰理论探究硫族元素缺陷对WS₂-石墨烯、MoS₂-石墨烯异质双层光学性质的影响，发现缺陷虽引入低能跃迁、产生大振子强度激子，但会减弱类本征层内激子的光学响应，为光伏等领域的缺陷工程提供参考。
2023-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mie-excitons: understanding strong coupling in dielectric nanoparticles
我们从理论上分析了混合米氏激子光学模式所产生的强耦合的激子在有机染料或过渡金属二硫属化物与米氏共振的高指数介电纳米粒子。详细的分析计算表明，硅-激子核-壳纳米粒子的特点是丰富的光学模式，可以通过纳米粒子的尺寸进行调整，以产生大的anticrossings在可见光或近红外线，在plexcitonics中获得的。这些模式的复杂的磁激子性质的理解，通过光谱分解成米氏系数的贡献，辅以电和磁近场分布。在感兴趣的频率范围内，在硅中的吸收损耗足够低，以允许观察几个周期的拉比振荡在强耦合的发射极-粒子架构，在这里证实的电磁场拍频模式的不连续伽辽金时域计算。这些结果表明，Mie共振在高折射率介质是有前途的替代等离子体激元在强耦合应用在纳米光子学，而磁和电模式的耦合打开了有趣的可能性外部控制。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley-polarization and stable triplet exciton formation in 2D lateral heterostrcuture of hBN-kagome and graphene
基于第一性原理计算，提出hBN kagome与石墨烯横向异质结，利用反演对称性破缺实现谷极化，并证实微弱谷间耦合及三重态激子0.46 eV的更高结合能，可用于先进谷电子学应用。
2023-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designable exciton mixing through layer alignment in WS$_2$-graphene heterostructures
本研究通过第一性原理计算发现，WS₂-石墨烯异质结构的层间对齐与应变可调控激子混合及光学特性，为界面设计实现可控光激发提供了指导。
2024-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning many-body interactions in graphene: The effects of doping on excitons and carrier lifetimes
石墨烯的光学性质受到电子-电子（e-e）和电子-空穴（e-h）相互作用的强烈影响。在这里，我们通过改变自由载流子的密度来调节这些多体相互作用。从红外到紫外的测量揭示了电子和空穴掺杂的石墨烯的光学电导率的显着变化。鞍点激子共振的位移、加宽和形状的改变反映了载流子对多体相互作用的强屏蔽，以及准粒子寿命的变化。从头计算的GW Bethe-Salpeter方程（GW-BSE），其中考虑到修改的排斥e-e和吸引e-h相互作用，提供了良好的协议与实验。了解石墨烯在广泛掺杂范围内的光学性质和高能载流子动力学对于基础石墨烯物理学和石墨烯在光子学中的新兴应用至关重要。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of the structure of charged impurities and dielectric environment on conductivity of graphene
我们研究了掺杂石墨烯在半经典玻尔兹曼极限下的电导率，以及自洽输运理论下的电导率最小值。使用硬盘模型的二维分布的杂质引起的两个强烈的增加，在低载流子密度的石墨烯的电导率的斜率和一个强烈的次线性行为的电导率在高载流子密度时，杂质之间的相关距离大。另一方面，我们发现，在重掺杂的石墨烯的载流子密度的电导率的超线性依赖可能会产生从石墨烯的杂质的距离增加或允许它们的集群，而电偶极子杂质的存在可能会引起的电子-空穴的电导率的不对称性。我们表明，在顶栅配置中的电介质层的有限厚度，以及石墨烯和电介质之间的非零空气间隙的存在对电导率及其最小值产生强烈的影响。而电介质厚度的减小被示出为增加掺杂石墨烯中的导电性，并且甚至对于杂质的2D分布在中性石墨烯中产生有限的导电性。我们发现当杂质均匀分布在整个介质中时，介质厚度的增加引起电导率的超线性行为。此外，石墨烯的迁移率对其载流子密度的依赖性在定量和定性上令人惊讶地受到石墨烯-电介质间隙与带电杂质的2D分布的精确位置相结合时的强烈影响。最后，我们展示了中性石墨烯中电导率最小值的变化，因为杂质和电介质厚度之间的相关距离被改变。
2013-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of the static dielectric screening approximation of Coulomb interactions in atomically thin semiconductors
该研究通过电荷可调激子共振实验，发现高介电常数环境中激子蓝移超30 meV，表明静态介电屏蔽近似失效，动态屏蔽模型揭示自能由高频响应主导，为调控多体效应提供新途径。
2024-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton absorption, band structure, and optical emission in biased bilayer graphene
偏置双层石墨烯（BBG）是一种可变带隙半导体，具有高达$300 \, \text{meV}$的强场依赖性带隙，使得其对于基于石墨烯的纳米电子和光子器件特别感兴趣。BBG的光学性质主要由强束缚激子决定。我们进行从头算密度泛函理论+Bethe-Salpeter方程模拟BBG中的激子，并计算激子的能带结构和光学矩阵元的场强范围内$30-300 \, \text{mV}/{\unicode{x212B}}$。激子的性质被证明具有很强的场依赖性，能量排序和偶极子排列在低场和高场区域之间变化很大。也就是说，在低场，我们发现一个主要是黑暗的基态激子，而不是高场，其中最低的激子是明亮的。此外，由于BBG的基态中的场诱导电荷转移，激子优先与场相反的偶极矩对齐。然而，在更强的磁场中，这种排列在能量上变得不那么有利。此外，明亮的激子显示出类似于单层过渡金属dichalchogenides的颗粒状和光状带。最后，我们模拟的辐射寿命和发射特性的BBG，这被证明是强烈依赖于温度，除了场强。
2021-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Environmental dielectric screening effect on exciton transition energies in single-walled carbon nanotubes
通过将单壁碳纳米管（SWNTs）浸泡在不同的有机溶剂中，利用光致发光和激发光谱定量研究了介电常数在1.0 ~ 37范围内环境介电屏蔽对SWNTs激子跃迁能的影响.随着环境介电常数（$ε_{\rm env}$）的增加，$E_{11}$和$E_{22}$都表现出几十毫电子伏的红移和在$ε_{\rm env} \sim 5$饱和的趋势，而没有显着的（$n$，$m$）依赖性的迹象。红移可以用电子-电子排斥作用的介电屏蔽来解释。$E_{11}$和$E_{22}$的$ε_{\rm env}$依赖性可以通过在$ε_{\rm env}$中具有幂律的简单经验方程$E_{\rm ii} = E_{\rm ii}^{\infty} + Aε_{\rm env}^{-α}$来表示。我们还将样品浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中，以研究表面活性剂包裹单壁碳纳米管的效果。得到的$E_{11}$和$E_{22}$与Weisman的数据[Nano Lett. { \bf 3}，1235（2003）]，接近于2的$ε_{\rm env}$的那些。然而，除了由于介电屏蔽的移位之外，还观察到另一个移位，使得（$2n+m$）族模式更广泛地传播，类似于单轴应力引起的移位。
2007-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Metal-Dielectric-Graphene Sandwich for Surface Enhanced Raman Spectroscopy
通过插入薄的高\k{appa}介电层来增强罗丹明B（RhB）的拉曼强度，所述介电层降低金-石墨烯界面处的表面等离子体激元阻尼。结果表明，通过等离子体共振增强，拉曼强度急剧增加，同时保持有效的荧光猝灭与优化的电介质层厚度。
2014-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
