Trion Valley Coherence in Monolayer Semiconductors
谷电子学的新兴领域旨在利用布洛赫带极值附近电子的谷赝自旋作为信息载体。最近的实验表明，在单层过渡金属二硫属化物（TMD）的激子谷相干性（电子-空穴对的叠加在相对的山谷）的光学产生和操纵提供了一个关键的一步，控制这个量子自由度。在TMD中的带电激子（trion）是一个有趣的替代中性激子控制谷赝自旋，因为它的自发复合寿命长，其强大的谷极化，和它的耦合到剩余的电子自旋。然而，由于在光谱上访问它的实验挑战，Trion谷相干性尚未被探索。在这项工作中，我们采用超快的二维相干光谱共振产生和检测的单层MoSe $_2$中的trion谷相干证明它持续了几百飞秒。我们的结论是，基本机制限制trion谷相干性是根本不同的那些适用于激子谷相干性。基于这些观察结果，我们提出了延长二维材料谷相干时间的可能策略。
2016-11-10 cond-mat.mes-hall
Effect of spin-dependent tunneling and intervalley scattering in magnetic-semiconductor van der Waals heterostructures on exciton and trion polarization
Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）
本文研究了磁性半导体范德瓦尔斯异质结中自旋依赖隧道效应和谷散射对激子和三重态极化的影响，通过分析光致发光极化特性，揭示了自旋依赖的层间电荷转移和激子、三重态谷散射之间的相互作用，为远距离操控激子和三重态行为提供了新方法。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall
Relative stability of excitonic complexes in quasi-one-dimensional semiconductors
一个配置空间的方法来揭示最低能量的中性和带电的激子复合物（双激子和trion）在准一维半导体的一般稳定性的特点。Trions被证明是更稳定的比双激子在强限制的结构与小的减少电子空穴质量。双激子在具有大的减少的电子-空穴质量的较少限制的结构中更稳定。特别是在半导体碳纳米管中，trion结合能比双激子的结合能大约1.4倍，随直径减小，从而揭示了最近实验观察的一般物理原理。
2014-08-03 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
Correlation between Trion and Hole in Fermi Distribution in Process of Trion Photo-excitation in Doped QWs
研究了掺杂量子阱中三电子光激发过程中电子费米分布中三电子与空穴之间的关联问题。费米分布中的空穴出现在由光子吸收在虚态中产生的激子拾取费米海电子组成的三子产生过程中。结果表明，这种相互作用导致费米海中的空穴和三子的关联态的形成。该态的激发能小于三原子能减去费米能，利用三原子和电子独立的简单能量守恒定律，可以得到三原子激发带的下沿。关联态的波函数是实的，并且随着三重子与费米海空穴之间的距离r的增加而减小，为1/r^3/2。该波函数可以归一化为1，它对应于三子和费米海空穴的关联态。与该状态相反，在吸收带中具有处于trion能量和trion能量减去费米能量之间的激发能的状态具有作为1/r^1/2减小的复波函数。这些状态对应于三介子和远离三介子的费米黑洞。上面描述的相关态被认为是实验上观察到的窄的三离子吸收线的原因。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall
Low-energy trions in graphene quantum dots
在包络函数近似下，我们研究了石墨烯量子点中三电子的低能态。在石墨烯中谷赝自旋作为除了自旋之外的电子自由度的存在增加了交换对称性和trion中的电子-电子相互作用之间的相互作用的卷积，导致trion的新状态以及不同于半导体中的低能量trion光谱。由于谷赝自旋的参与，低能谱几乎是简并的，由具有反对称性的态组成（pseudospin）（spin）分量在波函数中，自旋（赝自旋）部分是单线态（三线态）或三线态（单线态），这与半导体中的光谱相反，半导体的基态已知是非简并的，并且在X-三体的情况下总是自旋单线态。我们调查trions在不同的制度之间的量子限制和电子-电子相互作用的竞争，分析和数值计算。数值计算工作是在一个变分方法占整个QD边缘的电子质量不连续性。给出了三电子中电子-空穴关联的结果。讨论了不同量子点尺寸和限制势强度对束缚能的影响。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall
Trion induced negative photoconductivity in monolayer MoS2
光激发通常增强半导体中的导电性和低频辐射吸收。然而，我们已经观察到一个明显的瞬态降低的电导率掺杂单层二硫化钼（MoS 2），一个二维（2D）半导体，飞秒激光激发下。特别是，电导率急剧下降到只有30%的平衡值与高泵注量。这种反常现象是由于系统中存在强烈的多体相互作用，光激发的电子-空穴对与掺杂诱导的电荷结合形成三电子，即两个电子和一个空穴的束缚态。由此产生的载流子有效质量的增加基本上减小了载流子电导率。
2014-06-19 cond-mat.mes-hall
Excitons and trions with negative effective masses in two-dimensional semiconductors
我们从理论上研究基本的库仑相关复合物：中性和带电激子，也被称为trions，在过渡金属二卤化物单分子膜。我们专注于的情况下，其中一个电子占据激发，高躺，导带的特点是一个负的有效质量。我们发展了这种负有效质量的高位激子和trion的理论，并证明了高位导带色散的非抛物性在束缚激子和trion态形成中的关键作用。我们提出了简单，准确和物理上合理的审判波函数计算库仑束缚复合物的结合能和比较变分计算的结果与一个完全的数值方法。在发展的模型中，我们讨论了最近的实验结果，观察到高的负有效质量trions [K.- Q. Lin等人，国家通信13，6980（2022）]。
2023-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dark trions govern the temperature-dependent optical absorption and emission of doped atomically thin semiconductors
我们在hBN封装的WSe $_2$、WS $_2$、MoSe $_2$和MoS $_2$单层中根据温度进行trions的吸收和光致发光光谱。考虑到明亮和黑暗trions的费米-狄拉克分布，W-和Mo-基材料的不同趋势被很好地再现。在WSe $_2$和WS $_2$中发现了一个暗的三重子，$\rm{X_D^-}$ 19 meV $\textit{below}$是最低亮的三重子，$\rm{X}_1^-$.在MoSe $_2$中，$\rm{X_D^-}$位于6 meV $\textit{above}$ $\rm{X}_1^-$处，而在MoS $_2$中，$\rm{X_D^-}$和$\rm{X}_1^-$几乎重合.我们的结果与GW-BSE $\textit{ab-initio}$的计算结果一致，并定量地解释了掺杂单分子膜的光学响应随温度的变化。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical control of optical orientation of neutral and negatively charged excitons in n-type semiconductor quantum well
我们报道了一个巨大的电场引起的n型GaAs/AlGaAs量子阱中激子自旋取向的增加。它与光致发光光谱中带负电荷的激子（trions）的形成密切相关。在中性重空穴激子的共振激发下，激子和trion的极化随着在PL光谱中的窄激子-trion偏置跃迁内的电子的电注入而显著增加，这意味着每伏特200%的极化灵敏度。这种效应是由包含驻留电子的量子阱界面波动（所谓的“自然”量子点）非常有效地捕获中性激子引起的。
2006-09-14 cond-mat.mes-hall
Observation of charged excitons in hole-doped carbon nanotubes using photoluminescence and absorption spectroscopy
我们首次在室温下在空穴掺杂的碳纳米管中观察到了三电子（带电激子），即由一个电子和两个空穴组成的三粒子束缚态。当p型掺杂剂添加到碳纳米管溶液中时，无论掺杂剂种类如何，trions的光致发光和吸收峰都远低于E11亮激子峰。碳纳米管中强的电子-空穴交换相互作用导致了亮激子和三重子之间出乎意料的大能量分离。
2011-01-19 cond-mat.mes-hall
Binding energy of negatively charged exciton in a semiconductor quantum well: the role of interface defects
提出了一个考虑界面缺陷对GaAs/Al $_{0.3}$ Ga $_{0.7}$ As量子阱中带电激子结合能影响的模型.用变分法计算了束缚能增益和激子尺寸对量子阱宽度的依赖关系。我们表明，trion是更敏感的界面缺陷比激子。
2001-09-26 cond-mat.mes-hall
Long-range exchange interaction controls the fine structure of excited trion states in semiconductor quantum dots
Ioffe Institute（约费研究所）
该研究建立了半导体量子点中带电激子的电子-空穴长程交换相互作用微观理论，推导了对应模型的哈密顿量，解释了激发三激子的精细结构及偏振相关光谱，为相关光谱解读提供了框架。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Modelling excitonic Mott transitions in two-dimensional semiconductors
我们分析了影响二维半导体光学性质的多粒子关联。这些关联通过特定的光学共振，如激子，trions等，从一般的电子-空穴哈密顿量和采用微观海森堡运动方程的微分方程可以得到无限的层次。为了解耦的系统，我们解决的集群扩展技术，它提供了一个经常性的程序，一致的会计多粒子相关贡献到带间极化动力学。特别是，部分考虑到三粒子的相关性修改的吸收光谱的行为与激子的出现一个trion样峰。与许多其他方法相比，所提出的一个允许我们模拟的光学响应的2D半导体的制度时，费米能量的顺序的激子和trion结合能，从而使我们能够严格建模的激子莫特过渡的发病，该制度最近正在研究各种2D半导体，如过渡金属dichalcogenides。
2021-03-12 cond-mat.mes-hall
The strong modulation limit of excitons and trions in moiré materials
弱掺杂的二维材料的光学性质主要由强激子和激子的吸收和发光特性决定。在这篇文章中，我们研究了在强莫尔调制势的限制下，半导体异质双层膜中的莫尔图案对激子和trion态的影响，评论了与半导体量子点中激子和trion的情况相比的相似性和差异性。我们讨论了利用光学特性作为莫尔材料的定量探针的策略，以及利用莫尔材料设计独特的光发射器的前景。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Extraordinarily bound quasi-one-dimensional trions in two-dimensional phosphorene atomic semiconductors
新的二维（2D）材料磷烯的各向异性性质，与其他2D材料，如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）半导体相比，允许激子被限制在理论预测的准一维（1D）空间中，导致由降维和屏蔽引起的显着现象。在这里，我们报告了一个trion（带电激子）的结合能为190 meV的几层磷烯在室温下，这是近一到两个数量级大于那些在二维TMD半导体（20-30 meV）和准二维量子阱（1-5 meV）。如此大的结合能仅在真正的一维材料中观察到，例如碳纳米管，其光电应用已被其固有的小光学横截面严重阻碍。磷烯提供了一种优雅的方式来克服这一障碍，使准一维激子和三电子行为在一个大的二维区域，允许光电集成。我们通过演示激子和三电子的完全线性偏振光发射，实验验证了磷烯中激子和三电子动力学的准一维性质。在高于一维的材料中，非常大的trion结合能的影响是深远的。它提供了一个室温下的二维平台来观察准一维区域内的基本多体相互作用。在室温下对磷烯的强光致发光进行了大范围的电调谐，为可调谐光源开辟了一条新的途径。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Configuration space method for calculating binding energies of exciton complexes in quasi-1D/2D semiconductors
North Carolina Central University（北卡罗来纳中央大学）
本文提出一种配空间方法，用于计算准1D/2D半导体中激子复合物（三重态、双激子）的结合能，揭示了在强限制结构中三重态结合能更高，而在弱限制结构中双激子结合能更高，从而得出三重态稳定性随横向尺寸增加而降低的普遍交叉行为。
2016-07-02 cond-mat.mes-hall
Optical Aharonov-Bohm Effect on Wigner Molecules in Type-II Semiconductor Quantum Dots
在空穴被限制在量子点内部，电子被限制在围绕量子点的环形区域的II型半导体量子点中，我们从理论上研究了三电子和双激子的磁致发光。首先，我们证明了三电子和双激子中的两个电子彼此强烈相关，形成了维格纳分子：由于电子的相对运动被冻结，它们表现为一个复合粒子，其质量和电荷是单个电子的两倍。因此，三电子和双激子的能量作为磁场的函数以单电子Aharonov-Bohm振荡的一半周期振荡。接下来，我们评估光致发光。在多体基态跃迁时，峰位和峰高都是不连续变化的，这意味着可能通过光学实验观察到Wigner分子。
2011-04-20 cond-mat.mes-hall
Excitons and trions in monolayer semiconductors with correlated electrons
本文采用递归方法计算关联电子单层半导体中电荷密度及 Wigner 晶格形成对激子、三激子谱的影响，并揭示自旋和谷量子数对激子能量的作用。
2023-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absorption of Light by Excitons and Trions in Monolayers of Metal Dichalcogenide MoS$_{2}$: Experiments and Theory
测量了金属二硫属化物MoS $_{2}$单分子膜中激子和三电子的吸收光谱和电导率，并与理论模型进行了比较。我们的研究结果表明，Wannier-Mott模型的激子，修改帐户小激子半径和大激子的相对波函数在动量空间中的传播，相空间阻塞由于泡利排斥掺杂材料，和波矢依赖的介电常数，给出的结果与实验吻合得很好。测得的激子光吸收光谱是用来获得实验估计的激子半径落在$7-10Å$范围内，并同意与理论。测得的trion光学吸收光谱被用来获得的trion半径，也同意与理论值。激子和trion半径的测量值对应于结合能，其与从第一性原理计算获得的值非常一致。
2014-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Taking advantage of light- and heavy-hole trions for optical spin initialization, control and readout
半导体纳米结构中的光学控制策略几乎完全依赖于重空穴激子和三重子态。在这封信的第一部分中，我们证明了轻空穴trion提供了在相互兼容的磁场配置中整合所有单量子比特操作所缺少的资源：电子自旋初始化和控制可以通过轻空穴trion态实现，而循环跃迁由重空穴trion态提供。在第二部分中，我们的实验表明，对氮原子在GaAs中表现出Cs对称绑定轻和重空穴激子和负trions。的精细结构的详细分析表明，该trion状态提供的拉姆达级结构的快速初始化和控制，以及大力保护的循环过渡兼容的单发读出。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall
On Binding Energy of Trions in Bulk Materials
在有效质量近似下，在势模型的框架下，研究了体材料中带负$T^{-}$和带正$T^{+}$的三离子。在位形空间中利用Faddeev方程计算了三电子在各种半导体中的结合能。$T^{-}$的结合能的计算结果与以前的计算研究是一致的，并与实验测量合理的协议，而$T^{+}$是未结合的所有考虑的情况下。通过比较与动能算符有关的质量极化项和与全同粒子的库仑排斥有关的质量极化项的贡献，分析了三重离子结合能的形成机制。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall
Trion clustering structure and binding energy in 2D semiconductor materials: Faddeev equations approach
本文用动量空间Faddeev方程研究二维MoS$_2$中的三粒子，提出红外与紫外两种正则化处理排斥RK势，得到一致结合能并揭示激子-电子主导团簇结构。
2023-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Biexciton, single carrier, and trion generation dynamics in single-walled carbon nanotubes
本文研究了半导体单壁碳纳米管中的自由载流子光生和多载流子束缚态，如双激子和三离子（电离激子）。用飞秒脉冲进行的泵浦和探测测量揭示了载流子之间的强库仑相互作用对它们的动力学的影响。双激子形成的激子人口的光跃迁的结果在诱导的吸收线（结合能130毫电子伏）。激子-激子湮灭过程显示出在高密度下朝向可以从纳米管驱逐载流子的俄歇过程演变。剩余的载流子由于形成三电子而引起诱导吸收（结合能190 meV）。这些特征显示了激子和自由载流子种群的动态。
2013-02-06 cond-mat.mes-hall
Photoluminescence spectroscopy of trions in quantum dots: a theoretical description
我们提出了一个完整的组态相互作用研究的自发复合的中性和单电荷激子（trions）在半导体量子点，从弱到强耦合制度。我们发现，中性激子的复合率的增强与增加的点的大小被抑制的负trions，甚至逆转的正trions。我们的研究结果与最近在自组装量子点中的综合光致发光实验[P. Dalgarno et al. Phys. Rev. B { \bf 77}，245311（2008）]一致，并证实了关联在价带中所起的主要作用。
2008-09-02 cond-mat.mes-hall
Anyon-trions in atomically thin semiconductor heterostructures
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Collège de France（法兰西公学院）；CNRS（法国国家科学研究中心）；ENS-Université PSL（巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；International Solvay Institutes（国际索尔维研究所）；Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
该研究通过理论分析证明在二维半导体异质结构中，层间激子与准孔结合可形成任何子三重态，并展示了其结合能与准孔电荷的关系。
2025-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
All-optical trion generation in single walled carbon nanotubes
我们目前的证据表明，所有光学trion产生和未掺杂的单壁碳纳米管（SWCNTs）的发射。记录在单个单壁碳纳米管上的大的CW激发强度范围内的发光光谱示出了相对于明亮的激子峰红移的三重子发射峰。明确的手性依赖观察到22个单独的单壁碳纳米管物种，允许确定的电子-空穴交换相互作用和trion结合能的贡献。发光数据与超快泵探测实验手性排序散装样品表明，激子-激子湮灭过程产生解离的载流子，允许trion创建后，随后的光子吸收事件。
2011-06-24 cond-mat.mes-hall
Strongly-bound excitons and trions in anisotropic 2D semiconductors
单层和少层磷烯是各向异性的准二维（准2D）范德华（vdW）半导体，具有线性二向色性光-物质相互作用和在红外频率范围内宽可调的直接带隙。尽管最近的理论预测强束缚激子具有独特的性能，它仍然是实验上具有挑战性的探测激子准粒子由于严重的氧化在器件制造过程中。在这项研究中，我们报告观察到的强约束激子和trions具有高度各向异性的光学特性的内在双层磷，这是保护氧化的封装与六方氮化硼（hBN），在场效应晶体管（FET）的几何形状。反射对比和光致发光光谱清楚地揭示了线性二色性光谱从各向异性激子和trions在hBN封装的双层磷烯。激子里德堡系列的光共振表明，中性激子结合能超过100毫电子伏，即使从hBN的介电屏蔽。自由空穴的静电注入使得能够从电荷中性系统的光学带隙以下约30 meV的正激子（带电激子）产生额外的光学共振。我们的工作显示了单层和少层磷烯作为一个平台，探索多体物理和新的光子学和光电子学的基础上强束缚激子具有双重各向异性令人兴奋的可能性。
2020-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly nonlinear trion-polaritons in a monolayer semiconductor
具有强有效光子-光子相互作用（类克尔非线性）的高度非线性光学材料在新型量子光源以及超快和量子光学信号处理电路的开发中是必需的。在这里，我们报告非常大的克尔类非线性采用强光学跃迁的带电激子（trions）观察到的半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）。通过在低电子密度下用微腔模式在单层MoSe $_2$中混合trions，我们实现了trion极化激元，由于相空间填充，在非常小的光子通量下表现出显着的能量偏移。最值得注意的是，强烈的三振子极化激元非线性被发现是10至1000大于其他极化激元系统，包括中性激子极化激元在TMDC。此外，它超过裸TMDC、石墨烯和其他广泛使用的光学材料（例如Si、AlGaAs等）中弱光-物质耦合状态下的克尔非线性的大小的$\sim 10^3-10^5$倍。这些结果与解释激子和trions的复合性质以及它们的统计与理想玻色子和费米子的统计的偏差的理论是一致的。这项工作为量子光学应用开辟了一个新的高度非线性系统，通过范德华异质结构的纳米工程实现了原则上的可扩展性和控制。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Trion ground state, excited states and absorption spectrum using electron-exciton basis
我们求解了两个电子加一个空穴的薛定谔方程，把它写成电子-激子基。该基础的主要优点是以自然的方式消除了激子能量的贡献。相互作用的电子激子系统的治疗使用最近开发的复合玻色子多体形式主义，它允许一个精确的处理电子交换。我们数值求解由此产生的电子激子薛定谔方程，与激子的水平限制在最低的$1s, 2s$和$3s$状态，我们得到的trion基态能量作为电子-空穴质量比的函数。虽然我们的结果是在合理的协议，通过使用自由载流子基的最佳变分方法得到的，这种电子激子基是最适合于容易达到束缚和非束缚三离子激发态。通过它们的波函数，我们计算了热载流子存在下二维量子阱的光吸收谱。我们发现位于激子的水平，这是由于电子激子（未绑定）散射状态，和小的峰值与trion绑定状态。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Optical properties of charged excitons in two-dimensional semiconductors
原子薄的过渡金属二硫属化物中的强库仑相互作用使得这些系统特别有希望用于激子物理的研究。特别令人感兴趣的是带电激子，也称为trions，在二维半导体的光学性质中的表现。为了描述这样的系统的光学响应，激子与驻留电子的相互作用应明确考虑。在本文中，我们证明，这可以在trion（基本上，少粒子）和费米极化子（多体）的方法，产生等效的结果，提供的电子密度是足够低的trion结合能是远远小于激子。在这里，我们考虑的光学跃迁的振子强度有关的带电激子，精细结构的trions和塞曼效应，以及trions的光致发光说明了适用性的少粒子和多体模型。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The trion: two electrons plus one hole versus one electron plus one exciton
我们首先表明，对于与trions处理的问题，这是完全没有希望使用标准的多体描述的电子和空穴及其相关的费曼图。然后，我们展示了如何，通过使用一个trion作为一个电子与激子相互作用的描述，我们可以得到trion吸收通过更简单的图表，写与电子和\emph{excitons}。这些图是相当新颖的，因为激子不是精确的玻色子，我们不能使用设计来处理相互作用的真费米子或真玻色子的标准程序。一个新的多体形式主义是必要的，以建立这些电子激子图的有效性，并得出其特定的规则。它依赖于我们最近开发的“交换技术”来处理相互作用的近玻色子。这种技术产生了与电子和激子之间的直接库仑过程相关的散射，以及与电子-激子对内部的电子交换相关的无量纲“散射”-这种“散射”是我们多体理论的原始部分。事实证明，尽管交换对于区分单线态和三线态三重态是至关重要的，但当光生电子和初始电子具有相同的自旋-- \emph{i}时，这种"散射“会明确地进入吸收。\emph{e} .，当三重态三振子是唯一产生的三重态三振子时--当两个自旋不同时，虽然三重态三振子在这种情况下也会产生。将给出这个相当令人惊讶的结果的物理原因。
2004-02-17 cond-mat.mes-hall
Trion Engineered Multimodal Transistors in Two dimensional Bilayer Semiconductor Lateral Heterostructures
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Philipps-University at Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究通过二维双层半导体横向异质结实现多模态晶体管，利用内在能级分离调控三重态生成与传输，为光电和量子技术发展提供新路径。
2024-11-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Exciton-to-trion conversion as a control mechanism for valley polarization in room-temperature monolayer WS$_\text{2}$
过渡金属二硫属化物（TMD）单层是在其能带结构中具有两个谷的二维半导体，可以使用圆偏振光选择性地寻址。它们的光致发光光谱的特征在于中性和带电激子（trions），它们形成由净电荷密度控制的化学平衡。在这里，我们使用化学掺杂驱动激子转换成trions在$\text{WS}_{2}$单分子膜在室温下，并通过谷选择性光激发下的光致发光测量研究由此产生的谷偏振。我们表明，掺杂导致的排放成为主导的trions与快速非辐射复合相关的强烈的谷极化。同时，掺杂导致强烈猝灭，但高度谷极化激子发射由于增强转换成trions。速率方程模型解释了掺杂控制的激子-trion平衡方面观察到的谷极化。我们的研究结果揭示了激子-激子转换对单层TMD谷极化的重要作用。
2020-07-20 cond-mat.mes-hall
Low-threshold exciton transport and control in atomically thin semiconductors
理解和控制激子准粒子在原子级薄的2D半导体中的纳米级输运对于生产高效的纳米激子器件至关重要。在这里，我们提出了一种纳米间隙装置，以选择性地限制激子或trions的二维过渡金属二硫属化物在纳米尺度，促进了漂移占主导地位的激子漏斗到应变引起的局部斑点。我们使用空间分辨率<15 nm的高光谱针尖增强光致发光（TEPL）成像技术研究了WSe 2单层（ML）中漏斗激子和MoS 2 ML中转换激子的空间光谱特性。此外，我们还通过GPa量级的尖端压力工程来动态地控制激子漏斗效应和激子转换率。通过漂移扩散模型，我们证实了激子漏斗效率为~ 25%，具有显著低的应变阈值（~ 0.1%），这充分超过了以前研究中的效率~ 3%。这项工作提供了一种新的策略，以促进有效的激子输运和2D半导体器件的trion转换。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Coulomb-bound four- and five-particle valleytronic states in an atomically-thin semiconductor
作为承载量子化角动量的紧密结合的电子-空穴对的宿主，过渡金属二硫属化物的原子薄半导体提供了用于光学寻址谷自由度的吸引人的平台。特别是，在这些系统中的中性和带电激子的valleytronic属性已被广泛研究。与此同时，涉及更多粒子的相关量子态至今仍是难以捉摸和有争议的。在这里，我们提出的实验证据valleyronic四粒子双激子和五粒子激子，在高品质的单层钨二硒样品。通过电荷掺杂，热激活，和磁场调谐测量，我们确定的双激子和激子trion的光学发射绑定相对于明亮的激子和trion分别。此外，无论是双激子和激子-trion谷间束缚态涉及暗激子，从而产生的排放量与大，负谷极化，而不是众所周知的双粒子激子。我们的研究为利用高阶激发构建谷电子量子器件提供了新的机会。
2018-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in two-dimensional semiconductors: Path integral Monte Carlo approach
新型2D半导体最显著的特征之一（例如，过渡金属二硫属化物单层或磷烯）是载流子之间的强库仑相互作用，导致大的激子效应。特别地，这导致在光激发时形成多载流子结合态（例如，激子、三激子和双激子），其可以在近室温下保持稳定并且显著地有助于这种材料的光学性质。本文采用路径积分蒙特卡罗方法对二维半导体中多载流子束缚态的性质进行了数值研究。具体来说，我们已经准确地调查和制表的依赖性的单激子，trion和双激子的结合能的电介质屏蔽的强度，包括非常强和非常弱的屏蔽的极限情况。这项工作的结果是潜在的有用的实验数据分析和基准的理论和计算模型。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall
Doping-induced non-Markovian interference causes excitonic linewidth broadening in monolayer WSe$_2$
在单层WSe $_2$这样的原子级薄半导体中，强库仑相互作用不仅诱导紧密束缚的激子，而且使它们的光学性质对掺杂非常敏感。通过利用基于激子海森堡运动方程的微观理论，我们系统地确定了掺杂对激子线宽，线位移和振子强度的影响。我们计算trion共振，并表明，库仑耦合的激子的trionic连续产生的非马尔可夫干扰，这是由于时间延迟，建立了一个负责不对称的激子线的形状和激子线宽增加的相位。我们计算的激子和trion线宽，线位移和振荡器强度的掺杂依赖解释了最近的实验。所获得的见解提供了掺杂原子薄半导体的光学指纹的微观起源。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall
Complexes of dipolar excitons in layered quasi-two-dimensional nanostructures
本文讨论了层状准二维半导体异质结构中间接激子形成的中性和带电复合物（双激子和三电子）。间接激子-不同层的长寿命中性库仑束缚电子和空穴对-已知用于半导体耦合量子阱，并且最近报道用于范德华异质结构，例如双层石墨烯和过渡金属二硫属化物。利用组态空间方法，我们推导出三子和双激子结合能随层间距变化的解析表达式。该方法捕获复杂的形成，揭示显着的结合能，高达几十毫电子伏的典型层间距离~3-5 A，与trion结合能总是大于双激子的基本运动学。我们的结果有助于理解更复杂的多体现象，如激子玻色-爱因斯坦凝聚和Wigner类电子空穴结晶在层状半导体异质结构。
2017-12-24 cond-mat.mes-hall
Ultra-strong trion-polaritons
本文提出量子场论方法，研究超强耦合下微腔半导体中三子-极化激元的形成，预测了极化子与虚光子相互作用产生的新型多体态。
2024-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Bistability of electron temperature in atomically thin semiconductors in the presence of exciton photogeneration
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；L. D. Landau Institute for Theoretical Physics（列夫·达维多维奇·朗道理论物理研究所）
研究过渡金属二硫化物单层中激子与三重态之间的动态平衡，揭示在驻留电荷载流子和持续激子光生成作用下，系统加热导致电子温度双稳态行为，包含低温态和高温态，切换时间在十到百皮秒内。
2026-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Absorption in the fractional quantum Hall regime: trion dichroism and spin polarization
我们提出了测量的光学带间吸收的分数量子霍尔制度的GaAs量子阱中的范围0 <nu <1。研究了单重态三电子吸收的机制，并指出其圆二色性可以作为二维电子系统（2DES）基态自旋极化的探针。我们发现，在nu = 1/3的2DES是完全自旋极化。增加填充因子导致逐渐去极化，在nu = 2/3附近的二向色性中具有尖锐的最小值。我们发现，在0.5 <nu <0.85的范围内的2DES保持部分极化的磁场从2.75到11特斯拉的宽范围。这与极化和去极化区域的混合物的存在是一致的。
2006-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Crossover from exciton polarons to trions in doped two-dimensional semiconductors at finite temperature
本文采用有限温度费米极化子理论研究掺杂二维半导体的光学响应，揭示了极化子准粒子随升温或降掺杂向三离子–空穴连续谱的渡越及其光谱与微腔耦合特征。
2022-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Increased formation of trions and charged biexcitons by above-gap excitation in single-layer $WSe_2$
本研究利用多种激发光谱发现，高能带隙以上激发可在单层 WSe2 中开启独特热化路径，显著增强三离子和带电双激子形成。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polarons in two-dimensional semiconductors and the Tavis-Cummings model
二维电子或空穴系统的基元光激发被认为是激子-费米-极化子。然而，激子和电子的束缚态（称为trion）与激子-极化子之间的联系一直是争论的主题。在这里，我们使用一个类比的量子光学的Tavis-Cummings模型，以表明激子极化子可以被理解为一个混合准粒子-一个相干叠加的裸激子在未扰动的费米海和一个明亮的集体激发的许多trions。这个类比在一定程度上是有效的，因为Chevy Anglands提供了激子的动力学屏蔽的良好描述，并且提供了费米能量比trion结合能小得多。我们期望我们的结果带来新的见解，可以帮助解释二维半导体的吸收和发射光谱之间的显着差异。
2020-06-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanobubble induced formation of quantum emitters in monolayer semiconductors
近年来，过渡金属二硫属化物（TMDC）中激子量子发射体的发现引起了人们对低维体系中局域激子的研究兴趣。关于先前归因于掺杂剂和/或缺陷以及应变电位的微观起源，仍然存在悬而未决的问题。在这里，我们表明，量子发射体可以故意诱导WSe 2和BN/WSe 2异质结构中的纳米气泡形成。原子力显微镜和高光谱光致发光图像的相关性表明，量子发射体和trion无序的起源是外在的，分别与10 nm高的纳米气泡和70 nm高的皱纹。我们进一步证明，在没有0 D量子发射体和trion无序的情况下，热冲压的结果。所展示的技术是有用的纳米激光器和确定性的形成腔QED系统在单层材料的进步。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall
Biexciton oscillator strength
我们的目标是提供光子和双激子之间的基本耦合的物理理解，并得出双激子振子强度的物理特性，以下的程序，我们使用的trion。而不是更标准的双光子吸收，这项工作集中在激子气体中的光子吸收产生的分子双激子。我们首先确定适当的一组坐标在实空间和动量空间来描述一个双激子作为两个相互作用的激子。然后，我们转向二次量子化，并引入“激子意义上的傅立叶变换”的双激子波函数，这是相关的数量为振子强度。我们发现，与trion一样，由一个光子加上一个\emph{single}激子形成一个双激子的振子强度非常小：它是一个双激子体积除以一个小于激子振子强度的样品体积。然而，由于它们的量子性质，trion和双激子具有表现完全不同的吸收线。电子和介子是费米子粒子，不可能以相同的能量堆积起来。这将使弱三子线随电子密度的增加而扩展，这种峰结构只来自奇异多体效应。相比之下，激子和双激子的玻色子性质使得双激子峰主要随着激子密度而上升，如果我们忘记光生激子和样品中存在的激子之间的多体效应，则这种上升是简单线性的。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall
Many-Body Configurational Spectral Splitting between Trion and Charged Exciton in a Monolayer Semiconductor
本文以单层 MoTe2 为例，通过三体 Bethe-Salpeter 方程与团簇展开技术并结合光致发光实验，揭示了 2e1h 三体系统中带电激子 (e)(eh) 与三子 (eeh) 两种多体构型导致的光谱劈裂，并阐明三子仅存在于谷间情形。
2024-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Trion transfer in mixed-dimensional heterostructures
RIKEN Pioneering Research Institute（RIKEN先锋研究所）；RIKEN Center for Advanced Photonics（RIKEN先进光子学中心）；Keio University（庆应义塾大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（国立产业技术综合研究院）；Saitama University（埼玉大学）；The University of Tokyo（东京大学）
提出通过混合维度异质结构中的三子转移机制，实现无掺杂本征半导体中高效三子发射，效率提升超百倍。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall
Second- and third-order optical susceptibilities in bidimensional semiconductors near excitons states
半导体过渡金属二硫族化合物（TMD）具有显著的非线性光学效应。在这项工作中，我们使用了二次谐波产生（SHG）和四波混频（FWM）光谱与激子在MoS2，MoSe2，WS2单层的共振来表征这些材料的非线性光学性质。研究表明，激子和三电子是增强非线性光学响应的主要原因，并通过与光致发光谱的比较确定了激子和三电子的能量。此外，我们提取了激子能量附近的二阶和三阶光学片极化率，并与文献中的值进行了比较。我们还证明了单层MoS2在可见光区的宽光谱范围内产生不同非线性效应的能力，从而打开了使用二维材料进行非线性光电和光子应用的可能性。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall
ARPES signatures of trions in van der Waals materials
Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；mar.quest | Marburg Center for Quantum Materials and Sustainable Technologies（mar.quest | 马尔堡量子材料与可持续技术中心）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Georg-August-Universität Göttingen（格奥尔格·奥古斯特哥廷根大学）
本文首次理论分析单层过渡金属二硫属化物中三子在ARPES谱中的特征，揭示额外电荷载流子如何改变谱峰位置和形状，并预测质量不平衡三子产生与中性激子明显分离的双峰结构，为实验识别三子态提供指导。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A simple variational quantum Monte Carlo-effective mass approach for excitons and trions in quantum dots
提出了一个计算半导体量子点中中性激子和带电激子的基态能量的计算模型。该模型是基于变分量子蒙特卡罗方法和有效质量哈密顿。通过迭代牛顿-拉普森过程，最小化局部能量，和（可选）随机游走器的并行化，可以在标准台式计算机中获得约束能和库仑结合能的快速和准确的估计。为了说明该模型的范围，我们提供了Fortran程序和说明性计算的胶体CdSe纳米片与大的横向尺寸和介电约束，其中电子相关性很强。计算结果与精确变分法计算结果进行了比较，在计算效率上大大优于组态相互作用计算结果。
2020-09-21 cond-mat.mes-hall
Tuning relaxation and nonlinear upconversion of valley-exciton-polaritons in a monolayer semiconductor
研究强带电MoSe2单层在可调开放式微腔中的强光-物质耦合，发现载流子气体显著改变激子极化子光致发光响应，并实现从trion到激子极化子的非线性上转换发光，揭示了俄歇散射与声子吸收的微观机制。
2025-05-01 cond-mat.mes-hall
Dynamics and efficient conversion of excitons to trions in non-uniformly strained monolayer WS$_2$
本文研究了单层半导体WS $_2$在受控非均匀机械应变作用下激子和激子的输运。我们主动控制和调整的应变分布与AFM为基础的设置，其中单层是由AFM针尖缩进。光谱学被用来揭示受激载流子的动力学。不均匀的应变配置局部改变WS $_2$的价带和导带，从而产生吸引激子和激子朝向AFM针尖下方的最大应变点的有效力。我们观察到WS $_2$的光致发光光谱的应变下，我们解释使用漂移扩散模型的大的变化。我们表明，中性激子的运输，一个以前被认为是有效的非均匀应变的2D半导体和被称为“漏斗”的过程，是可以忽略不计的，在室温下与以前的观察。相反，我们发现，在非均匀应变分布下的自由载流子的重新分布导致激子到trions的高效转换。即使没有电选通，转换效率也达到$\simeq 100\%$。我们的研究结果解释了以前实验中的不一致性，并为新型光电子器件铺平了道路。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
