Exciton Binding Energy of Monolayer WS2
过渡金属二硫属化合物（TMDC）的光学性质具有明显的激子性质。在这里，我们报告了一个实验方法测量激子的束缚能单层WS 2的线性差分透射光谱和双光子光致发光激发光谱（TP-PLE）。TP-PLE测量表明，在布里渊区K谷附近激子结合能为0.71eV。实验上测得了34 meV的束缚能、780 nm处的双光子吸收截面4 × 10 ^{4}cm^{2}W^{-2}S^{-1}和约0.5cm^{2}/s的激子-激子湮灭率。
2014-05-23 cond-mat.mes-hall
Exciton-exciton interaction in transition-metal dichalcogenide monolayers
从理论上研究了过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜中激子间的库仑相互作用。我们计算了激子基态和激发态的直接相互作用和交换相互作用。库仑相互作用的屏蔽，具体到单层结构，导致独特的行为的激子-激子散射的激发态，其特征在于作为转移的动量的函数的相互作用的非单调依赖性。我们发现非平凡屏蔽使得TMD激子相互作用强度可以用包含激子束缚参数的近似公式来描述。研究了屏蔽和介电环境对激子-激子相互作用的影响，发现激子的基态和激发态表现出不同的性质。此外，我们考虑激子-电子相互作用，这对于激发态是由占主导地位的吸引力的贡献的交换组件，这与激发数增加。研究结果定量描述了过渡金属二硫族化合物中激子-激子和激子-电子的散射，对基于TMD单层膜的非线性光学器件的设计具有重要意义.
2017-08-21 cond-mat.mes-hall
Magnetic field dependence of the exciton energy in a quantum disk
计算了束缚在μ M量子盘中的激子的基态能量和束缚能随外加磁场的变化。限制势是一个有限高的硬壁。抗磁位移的研究磁场高达40 $T$。我们的结果被应用到$In_{y}Al_{1-y}As/Al_{x}Ga_{1-x}As$自组装量子点，并获得了很好的协议与实验。此外，我们通过改变圆盘半径来研究点尺寸对抗磁位移的影响。激子激发态是磁场的函数。相对角动量不是量子数，它随磁场强度而变化。
2000-09-19 cond-mat.mes-hall
Valley polarization of exciton-polaritons in monolayer WSe2 in a tunable microcavity
过渡金属双硫族化合物单层膜具有很强的激子共振，是研究光-物质相互作用的一个非常有趣和通用的平台。在这项工作中，我们报告了一个强耦合制度的激子在单层WSe 2和光子限制在一个开放的，电压可调的电介质微腔。我们的系统的可调谐性，使我们能够扩展激子极化激元状态在很宽的能量范围内，特别是，使激子组件的较低的极化激元模式到共振与其他激子在单层WSe 2过渡。通过选择性激发自旋极化激子-极化激元，我们证明了当下支极化激元与单层WSe_2中的亮trion态共振时的谷极化和当它们与暗trion态共振时的谷去极化.
2018-09-25 cond-mat.mes-hall
Observation of exciton-exciton interaction mediated valley depolarization in monolayer MoSe$_2$
单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的谷赝自旋被认为是一种在各种光电子器件中操纵信息的新方法。这依赖于在长时间尺度（数百ns）上保持稳定的大谷极化。然而，时间分辨测量报告谷寿命只有几个ps。这归因于声子介导的谷间散射和谷赝自旋通过电子-空穴交换的进动等机制。本文利用瞬态自旋光栅直接测量了单层MoSe $_{2}$的谷线退极化寿命。我们发现了一个快速的谷衰减率，在不同的温度下与激发密度呈线性关系。这建立了强激子-激子库仑交换相互作用的存在，增强了谷去极化。我们的工作突出了抑制单层TMD中激子谷赝自旋有效利用的微观过程。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall
Exciton, trion and localized exciton in monolayer Tungsten Disulfide
双过渡金属二硫属化物（TMD）已经成为使用二维（2D）半导体的各种应用的有前景的材料。由于其独特的光学性质来源于中性和带电激子，因此引起了人们越来越多的关注。在这里，我们报告带负电荷的激子形成单层TMD，特别是二硫化钨WS 2。我们的理论是基于中性和带电激子的有效质量模型，从头计算参数化。考虑到单层WS 2和周围的电介质环境之间的强相关性，我们的理论结果与单光子光致发光（PL）和反射率测量结果吻合得很好。我们还表明，与p-对称性的激子状态，实验观察到的双光子PL发射，是积极低于2s-状态。我们利用平衡质量作用定律，量化激子和氚PL的相对重量。我们发现，激子和trion发射可以调谐和控制的外部参数，如温度，泵浦和注入电子。最后，在与实验测量相比，我们表明，激子发射在单层钨二硫族化物大幅减少。这一特征表明，自由激子可以被困在无序势阱中，形成局域激子，因此提供了一条通往新的光学性质的途径。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall
Interlayer exciton dynamics in a dichalcogenide monolayer heterostructure
在由不同的过渡金属二硫属化物单层组成的异质结构中，可以发生交错的能带对准，导致光学产生的电子-空穴对快速电荷分离成相对的单层。这些空间上分离的电子-空穴对是库仑耦合的并且形成层间激子。在这里，我们研究了这些层间激子的异质结构组成的MoSe $_2$和WSe $_2$单层使用光致发光光谱。我们观察到一个非平凡的层间激子的线宽和峰值能量的温度依赖性，包括一个异常强大的初始红移的过渡与温度，以及显着的蓝移的发射能量随着激发功率的增加。通过结合这些观察与时间分辨的光致发光测量，我们能够解释所观察到的行为作为层间激子扩散和偶极，排斥激子-激子相互作用的组合。
2017-03-01 cond-mat.mes-hall
Superior valley polarization and coherence of 2s excitons in monolayer WSe2
我们报告的2s激子辐射发射的实验观察单层钨二硒化物，使六方氮化硼保护的高品质样品。2s发光是高度鲁棒的，并且持续高达150 K，为操纵谷自由度提供了新的量子实体。值得注意的是，在类似的实验条件下，2s激子显示出优于1 s的谷极化和相干性。这一观察结果提供了证据表明，库仑交换相互作用驱动的谷去极化过程，Maialle-Silva-Sham机制，在单层过渡金属二硫属化物的谷激子中起着重要作用。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall
Interface excitons at lateral heterojunctions in monolayer semiconductors
我们研究了单层过渡金属二硫属化物（TMD）的横向II型异质结的界面激子，其中电子和空穴更喜欢留在结的互补侧。我们发现，虽然一维界面激子的有效半径（电子-空穴间距）远大于二维激子，但一维界面激子具有与二维激子相同数量级的巨大结合能。结合能、激子半径和光学偶极子强烈地依赖于结处的能带偏移。研究了电子-空穴库仑交换作用引起的谷间耦合和封闭三角形界面的量子限制效应。小三角形实现了对激子的一维量子点限制，当三角形尺寸变化时，我们发现激子从非简并基态到简并态的跃迁。我们的研究结果将有助于实现基于单层半导体横向异质结结构的光电子器件。
2018-07-25 cond-mat.mes-hall
Exciton interaction induced spin splitting in MoS$_2$ monolayer
在$13$ K温度下，用圆偏振连续波激光非共振泵浦MoS $_2$单层膜，观察到激子能量红移，从而打破了自旋相反的B激子之间的简并。当激光功率达到$18$ meV时，能量分裂单调增加，而随着温度的升高，能量分裂减小。这一现象可以通过同时考虑导致红移的带隙重整化和导致自旋相关分裂的激子-激子库仑交换相互作用来进行理论解释。我们的结果提供了一个简单的方案来控制的自由度的谷在MoS $_2$单分子膜，并提供了一个可行的方法来研究多体激子激子相互作用在这类材料。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall
Exciton band structure in layered MoSe2: from a monolayer to the bulk limit
我们提出了显微光致发光（$μ$ PL）和显微反射对比光谱研究的薄膜的MoSe 2层厚度范围从单层（1 L）到5 L。在布里渊区的各个点处发生的基态和激发态激子跃迁的厚度依赖性演化被确定。温度激活的能量位移和线宽加宽的激子共振在1L，2L和3L的薄片占使用标准的形式主义以前开发的半导体。初步将单层MoSe_2中基态（A）激子的光学响应的一种特殊形状归因于Fano型共振的出现。单层MoSe 2的PL谱随温度的变化相当平凡且明显衰减，证实了该材料中的基态激子与单层WSe 2中的暗激子基态相比是光学上明亮的。
2015-12-01 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional excitons in monolayer transition metal dichalcogenides from simple models and variational calculations
研究了过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜在不同介电环境中的激子谱。筛选氢模型（SHM）[物理评论快报。116，056401（2016）]通过将其激子光谱与径向方程（RE）解进行比较来检查。虽然SHM被发现可以很好地描述非氢激子里德堡系列，但它不能解释激子能量随轨道量子数$m$的线性下降。随着$\lvert m\rvert$变大，激子玻尔轨道收缩，导致电子-空穴相互作用的强度增加和激子能量降低。SHM的激子有效半径表达式可以表征激子半径对$n$的依赖性，但不能很好地描述激子半径对$m$的依赖性，这是SHM不能很好地描述激子能量对$m$依赖性的原因.对于在SiO $_2$衬底上的单层WS $_2$，我们计算的$s$激子里德堡系列与通过光学反射光谱[Phys. Rev. Lett. 113，076802（2014）]，而计算的$p$激子提供了对双光子吸收光谱的两个广泛特征的解释[Nature 513，214（2014）]。我们计算的激子能量单层TMD在各种介电环境中的实验数据相比有利。本文得到了一些强束缚激子态的变分波函数，并进一步用于研究单层TMD中的Stark效应，导出了一个精确计算基态能量红移的解析表达式。结合变分法的RE数值解为单层TMD中激子的研究提供了一种简单有效的方法。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall
Breakdown of the static approximation for free carrier screening of excitons in monolayer semiconductors
本文研究了二维单层半导体中激子态的自由载流子屏蔽问题。基本的理论考虑的适用性，常用的静态近似的屏蔽效果和影响进行了讨论。我们发现，低频模型导致一个重大的高估的自由载流子响应，并不足以描述单层材料中的强束缚激子的筛选。所提出的论点与现有的高层次多体理论是一致的，并透明地说明了潜在的物理。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall
Exciton valley dynamics in monolayer WSe2 probed by the two-color ultrafast Kerr rotation
新开发的二维层状材料为谷自旋电子学的研究提供了理想的平台。为了确定谷自由度的应用前景，直接检测和理解这些材料中的谷动力学是非常重要的。本文采用双色泵浦-探测磁光克尔技术研究了单层WSe $_2$中激子谷的动力学性质。通过调节探测光子的能量与自由激子和激子的共振，测定了单层WSe $_2$中不同激子态的谷弛豫时间。单层WSe $_2$中自由激子的谷弛豫时间被证实为几皮秒。一个缓慢的谷极化弛豫过程被观察到与trions，表明trions的谷寿命是一个数量级以上的自由激子。这一发现表明，trion可以是一个很好的候选人谷电子应用。
2016-05-08 cond-mat.mes-hall
Disorder of Excitons and Trions in Monolayer MoSe2
过渡金属二硫属化物（TMDC）单分子膜的光谱主要由激子和三电子组成。在这里，我们建立这些光学跃迁的依赖性从h-BN封装单层MoSe 2的高光谱成像的无序。虽然激子和trion能量在空间上变化，但这两个量几乎完全相关，trion结合能的空间变化仅为~0.18 meV。相比之下，在两个最低能量激子状态之间的能量分裂的变化是一个数量级更大的~1.7毫电子伏。统计分析和理论建模表明，无序的结果从介电和带隙波动，而不是静电波动。我们的研究结果揭示了高质量TMDC单分子膜中的无序，它对光学跃迁的影响，以及激子和trions的多体性质。
2021-11-21 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
Can freestanding Xene monolayers behave as excitonic insulators?
我们预测的相变在独立的单层氙从半导体相激子绝缘（EI）相可以通过减少外部电场低于一些临界值，这是独特的每种材料。由于在非零电场下的自旋-轨道耦合导致的导带和价带的分裂导致在较大或较小的带隙中形成$A$和$B$激子，具有相应较大或较小的结合能。我们的计算表明，在特定的电场范围内，$A$激子的半导体相与$B$激子的EI相共存。介电环境排除了EI相在支撑或封装的单层Xenes中的存在。
2018-11-16 cond-mat.mes-hall
Low-Temperature Annihilation Rate for Quasi-Localized Excitons in Monolayer MoS2
单层过渡金属二硫属化物中的强库仑力确保带电子的光学激发产生Wannier-Mott激子态，其中的每一个可以被概念化为对应于质心运动的高斯波包和对应于电子和空穴围绕质心的运动的轨道态的复合。在这里，我们表明，在低温下，在单层二硫化钼，准本地化激子，因此显着的激子间的间距，激子进行偶极-偶极相互作用和湮灭在一个类似于俄歇复合的方式。为了构建我们的模型，我们假设每个激子都位于一个长度与激子直径相同的区域中，从而导致激子以费米子方式行为，而相邻激子之间的距离远大于激子直径。我们构造了每个激子的轨道阶梯算子，并应用费米黄金法则推导出作为激子密度函数的整体复合率。
2019-09-08 cond-mat.mes-hall
Observation of exciton redshift-blueshift crossover in monolayer WS2
我们报告了一个罕见的原子，单层WS 2激子之间的相互作用，使用超快吸收光谱测量。随着激发密度的增加，激子共振能量呈现出明显的红移，然后是异常的蓝移。使用材料现实的计算和唯象建模，我们将这一观察归因于等离子体效应和激子-激子相互作用的吸引-排斥交叉，该相互作用模仿原子之间的Lennard-Jones势。我们的实验证明了激子和原子之间的粒子间相互作用，这有望追求预测的二维材料中的激子的液晶和结晶相之间的强烈相似。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall
Chiral topological excitons in the monolayer transition metal dichalcogenides
本文从理论上研究了单层过渡金属双硫族化合物中出现的手征拓扑激子，其中谷激子的体能隙被位置相关的外磁场打开。我们发现了两个新出现的手性拓扑非平凡激子态，它们与体拓扑性质密切相关，即，陈数=2。数值计算揭示了手征拓扑激子谱随磁场畴壁宽度和磁场强度的变化规律。手性拓扑谷激子不仅对激子输运具有重要的作用，因为它可以阻止背散射，而且在光电子应用中可以实现量子相干控制。
2017-03-30 cond-mat.mes-hall
Valley-selective exciton bistability in a suspended monolayer semiconductor
我们证明了强大的功率和波长依赖的光学双稳态WSe 2的激子共振附近的完全悬浮单分子膜。在强度为10^3 W/cm ^2的连续波光激发下实现了双稳态。所观察到的双稳态是源于光热机制，它提供了光学非线性和被动反馈，光学双稳态的两个基本要素。在有限的磁场下，激子双稳性变得依赖于螺旋度，这使得光的可重复开关纯粹由其偏振。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall
Optical nonlinearities of excitons in monolayer MoS2
利用二次量子化的束缚和非束缚激子算符，计算了单层MoS2的激子态在面内光偏振下的线性和非线性光学极化率。光学选择规则是获得亲和性的关键。我们推导了单层MoS2中二次谐波产生的谷手性规则，发现三次谐波过程仅对线偏振光有效，而三阶双光子过程（光学克尔效应）对使用高阶激子态的圆偏振光有效。由于带隙和异常强的双光子三阶非线性的线性吸收的情况下，单层二硫化钼激子结构的相干非线性光子学的一个有前途的资源。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall
Chiral excitonics in monolayer semiconductors on patterned dielectric
单层过渡金属二硫属化物在简并谷处具有紧密束缚的亮激子，其中电子-空穴库仑交换相互作用强烈地将谷赝自旋耦合到激子的动量。置于周期性结构的介质衬底上，库仑相互作用的空间调制导致了具有实空间谷赝自旋织构的激子布洛赫态的形成.我们发现这种空间谷纹理的激子布洛赫函数是模式锁定的传播方向，使纳米光激发的定向激子流通过谷选择规则。注入的激子电流的左右方向性由激发的圆偏振控制，而角度方向性由激发位置控制，在超晶胞中表现出涡旋图案。这种现象让人想起纳米光子结构中的手性光-物质相互作用，其中引导电磁波的作用现在被均匀单层中的谷轨道耦合激子布洛赫波所取代，这指向具有非互易功能的新激子器件。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall
Interplay of Excitonic Complexes in $p$-Doped WSe$_2$ Monolayers
可变掺杂的WSe $_2$单分子膜是研究二维激子复合物的理想体系。在这里，我们发现，从明亮的中性激子的最强的光致发光发生在中等$p$掺杂水平，由于从正暗trions的信号迅速减少，从正亮trions的信号缓慢增加，随着$p$浓度的增加。我们解释了我们的观察与一个定性的模型，在该模型中，明亮的激子到暗复合物的散射率增强的激子本地化，而散射率到积极的明亮trions增加与$p$掺杂水平。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall
Valley Dynamics of Excitons in Monolayer Dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）最近出现作为可能的候选人谷电子应用，作为自旋和谷赝自旋直接耦合和稳定的一个大的自旋分裂。在这些半导体材料中，光学激发的电子-空穴对形成具有大结合能的紧密库仑束缚激子。激子跃迁的选择规则允许使用共振激发直接光学产生谷偏振激子群体。在这里，我们调查激子谷动力学在三个不同的TMDC单分子膜的时间分辨克尔旋转在低温下。我们观察到明显的差异，在谷动力学的钨和钕基TMDC，这是直接相关的导带自旋分裂在这些材料中的相反顺序。
2017-06-07 cond-mat.mes-hall
Exciton diffusion in a hBN-encapsulated monolayer MoSe2
激子是由一个电子和一个空穴组成的准粒子，在低维纳米结构的光学响应中起着重要的作用。在这项工作中，我们研究了激子扩散在单层MoSe 2封装之间的薄片的六方氮化硼（hBN/MoSe 2/hBN）。通过PL成像和数值求解二维扩散方程，我们发现hBN/MoSe 2/hBN中激子迁移率的温度依赖性在低温下表现出非饱和增加，这与化合物半导体组成的量子阱的性质不同。hBN/MoSe_2/hBN中单层MoSe_2的超平坦结构可能导致带电杂质散射和表面粗糙度散射的抑制。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall
Exciton band structure of monolayer MoS2
从理论上研究了单层$_2$中激子的性质，结果表明，低能激子态出现在布里渊区中心和布里渊区拐角处，布里渊区中心的结合能与二维类氢模型的$(n-1/2)^{-2}$模式有很大的偏离，在布里渊区中心的谷简并激子偶极子在有限动量下分裂成具有非解析线性色散的上模和具有二次色散的下模。虽然单层MoS $_2$是一种直接带隙半导体时，其准粒子能带结构分类，它很可能是一个间接的间隙材料时，其激发光谱分类。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall
In-situ profiling of pressure-induced exciton traps in suspended MoS$_2$ monolayers
本研究实现了带纳米孔衬底上悬浮MoS$_2$单层空间轮廓的原位读出，通过环境压力调控其弯曲程度以获得可调激子陷阱，可同时操控数百个单层，为二维材料激子调控提供了新方法。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall
Rydberg series of dark excitons and the conduction band spin-orbit splitting in monolayer WSe$_2$
强库仑关联与多谷电子带的自旋轨道相互作用和可能的新的光电应用的存在下，在过渡金属二硫属化物（TMD）的单层半导体结构中的激子的丰富的物理研究的核心。在本征TMD单层中，基本的谷内激子由来自价带顶部的空穴和来自较低或较高自旋轨道分裂导带子带的电子形成：这些激子中的一个是光学活性的，第二个是“暗”的，尽管在特殊条件下可能观察到。在这里，我们证明了在单层WSe $_2$，除了出现在高面内磁场中测量的光致发光光谱中的传统的亮激子系列的S-系列的里德伯暗激子状态。亮和暗里德伯激子的能量阶梯的比较被证明是一种方法来实验评估的TMD单层中的丢失的带参数之一：导带的自旋轨道分裂的振幅。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall
Probing the Nanoscale Excitonic Landscape and Quantum Confinement of Excitons in Gated Monolayer Semiconductors
本研究利用阴极发光光谱探测静电栅控单层 $WS_2$，分辨栅控与非栅控区域间的同质结，并发现电子束与栅场共同诱导的非传统掺杂所形成的激子限制通道。
2025-08-30 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Exciton Linewidth in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物的特征在于库仑束缚的电子-空穴对（激子），其具有异常大的结合能以及耦合的自旋和谷自由度。这些独特的属性已被用于原子薄光电子学和谷电子学的激子的电学和光学控制。这些技术的发展依赖于对激子基本性质的理解和量化。一个关键参数是本征激子均匀线宽，它反映了系统（激子）和浴（真空和其他准粒子）相互作用产生的不可逆量子耗散。使用光学相干二维光谱，我们提供了第一个实验测定的激子均匀线宽在单层过渡金属dichalcogenides，特别是钨二硒化物（WSe 2）。激子-激子相互作用和激子-声子相互作用在量子退相干中的作用是通过对激子密度和温度依赖的线宽测量来揭示的。剩余的均匀线宽外推到零密度和温度是~1.5毫电子伏，放置在激子辐射寿命的下限约为0.2 ps。在这项工作中提出的激子量子退相干机制，预计将普遍存在于原子薄的半导体。
2014-10-12 cond-mat.mes-hall
Valley entanglement of excitons in monolayers of transition-metal dichalcogenides
我们发现，激子和自由载流子在K和K'谷的过渡金属二硫属化物单分子膜可以纠缠相对于其谷自由度通过吸收线性偏振单光子。这种效应不需要K和K'激子之间的任何相互作用，这与通过量子系统之间的耦合介导的传统纠缠机制（例如，非线性光学相互作用中的光子纠缠）。激子和自由载流子的谷纠缠可以通过测量它们的光致发光的偏振或在所施加的面内DC偏压下的光电流的波动来验证。
2015-03-21 cond-mat.mes-hall
Magnetic field mixing and splitting of bright and dark excitons in monolayer MoSe2
半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）的单层具有独特的自旋谷对比特性和非常强的激子效应，一直是人们强烈研究兴趣的主题。这些模型2D半导体具有两种基本的谷内激子物种-具有反平行自旋的光学可接近的“亮”激子和具有平行自旋的光学非活性“暗”激子。对于利用亮激子或长寿命暗激子的辐射复合的应用，理解激子基态的辐射特性并建立最低能量亮激子和暗激子之间的能量分离是必要的。在这里，我们报告了一个直接的光谱测量的暗激子单层MoSe $_2$封装在六方氮化硼。通过施加强的面内磁场，我们诱导了亮和暗激子分支的混合和分裂，这使得能够精确地光谱测定它们的能量。我们证实了激子基态的明亮特性，从更高能量的暗激子态分离1.5~meV的间隙，比以前的理论预期小得多。这些结果为进一步完善TMDC电子结构的精确理论描述提供了重要信息。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall
Exciton diffusion and halo effects in monolayer semiconductors
我们直接监测激子在独立和SiO2支持的WS 2单分子膜在环境条件下通过空间和时间分辨的微光致发光的传播。我们发现高度非线性行为的特征，激子发射和有效扩散系数从0.3增加到超过30厘米2/秒的空间分布的定性变化，这取决于注入的激子密度。解决扩散方程，同时占俄歇复合使我们能够识别和定量地了解所观察到的扩散系数增加的主要来源。在高激发密度下，激子的初始高斯分布演变成具有微米级直径的长寿命晕形状，表明激子动力学中的额外记忆效应。
2018-05-20 cond-mat.mes-hall
Spontaneous Exciton Dissociation in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
本研究通过超快太赫兹光谱和扫描隧道显微镜发现，TMDC单层中约10%的激子会自发解离为自由载流子，且与带隙缺陷态相关，表明仅当缺陷密度极低时激子才主导光响应。
2023-06-19 cond-mat.mes-hall
Correction of exciton binding energy in monolayer transition metal dichalcogenides
利用线性算符结合Lee-Low-Pines变分法，在Fr $\ddot{o}$ hlich相互作用模型下，研究了单层过渡金属二硫属化物（TMD）中激子-光学声子耦合对激子结合能的修正.我们不仅考虑了激子与本征纵光学（LO）声子模的耦合，而且考虑了由TMD下面的极性衬底诱导的表面光学声子模。我们发现激子结合能在很大程度上由于激子-光学声子耦合而得到修正。讨论了激子结合能与光学声子模截止波矢、材料极化参数以及极性衬底与TMD层间距离的关系。这些结果为TMD中激子结合能的实验与理论偏差提供了可能的解释。
2017-01-03 cond-mat.mes-hall
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
Exciton Valley Dynamics probed by Kerr Rotation in WSe2 Monolayers
实验研究了WSe $_2$单分子膜中的抽运-探测克尔旋转动力学。这产生了激子谷去极化时间$τ_v$的直接测量。在T=4K时，我们发现了$τ_v\approx 6$ ps，这是由于明亮激子中强的电子-空穴库仑交换相互作用而产生的快速弛豫时间。随着晶格温度的升高，激子谷退极化时间显著缩短，$τ_v$在125 K时仅为1.5ps。的温度依赖性很好地解释了发达的理论，考虑到交换相互作用和快速激子散射时间的短程电位。
2014-07-22 cond-mat.mes-hall
Strongly bound Mott-Wannier Excitons in GeS and GeSe monolayers
用从头计算GW-Bethe Salpeter方程计算了单层GeS和GeSe的激子光谱。G 0 W 0计算的能带结构发现一个基本的带隙为2.85 eV的GeS和1.70 eV的GeSe单层。然而，激子是紧密束缚的，特别是在GeS中的Γ点处，其中准粒子相互作用如此强，以至于它们将Γ激子峰能量移动到可见光范围内并且低于非Γ激子峰。在这两种材料中的最低能量的激子被激发光沿Z字形方向和激子的结合能分别为1.05 eV和0.4 eV，但尽管强结合，计算的结合能是一致的Mott-Wannier模型。
2016-07-26 cond-mat.mes-hall
Emerging Photoluminescence from the Dark-Exciton Phonon Replica in Monolayer WSe2
基于钨的单层过渡金属二硫属化物具有长寿命的暗激子，即处于自旋三重态构型的电子-空穴对。暗激子的长寿命和独特的自旋性质为探索电偶极跃迁以外的光-物质相互作用提供了令人兴奋的机会。在这里，我们证明了暗激子和光学沉默的手征声子的耦合，使暗激子副本在单层WSe 2的固有光致发光。依赖于门和磁场的PL测量揭示了位于暗激子下方21.6 meV的圆极化复制峰，等于来自Se振动的E”声子能量。第一性原理计算表明，激子-声子相互作用选择性地将自旋禁止的暗激子耦合到谷内自旋允许的亮激子上，从而使手征声子和圆偏振光子同时发射.我们对声子复制的发现和理解揭示了声子和光子的手性决定的发射通道，揭示了操纵谷自旋的新途径。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall
Signatures of defect-localized charged excitons in the photoluminescence of monolayer molybdenum disulfide
研究了用化学气相沉积法制备的扩展单层MoS $_2$中中性激子和带电激子的空间光致发光特性。使用二维高光谱光致发光映射在低温下，我们确定的区域增加与自旋轨道分裂价电子带相关的带电激子的发射。这些区域归因于在具有过量电荷的缺陷位点处的无意掺杂，所述过量电荷结合中性激子以形成缺陷钉扎的三重离子。我们的研究结果意味着可比的时间尺度的形成，弛豫和辐射衰减的$B$ trions，并添加缺陷本地化的$A$和$B$ trions的光激发准粒子在层状半导体的领域。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall
Exciton fine structure and spin decoherence in monolayers of transition metal dichalcogenides
本文研究了过渡金属二硫族化合物MoS $_2$的中性激子能谱精细结构及其自旋退相。考虑了机械激子与其宏观纵向电场的相互作用。用电动力学方法和$\mathbf k \cdot \mathbf p$微扰理论计算了纵向激子和横向激子之间的分裂。这种长程激子交换相互作用可以引起谷极化衰减。估计激子自旋退相时间在皮秒范围内，与现有的实验数据一致。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall
Interplay of valley polarized dark trion and dark exciton-polaron in monolayer WSe2
本研究探讨了单层WSe2中自旋禁戒暗激子的费米海修饰，发现谷极化暗激子在临界载流子密度下表现出p型掺杂依赖性，并揭示了暗三子与激子极化子间的谷间耦合，为理解2D系统多体相互作用奠定基础。
2023-08-09 cond-mat.mes-hall
Impact of environment on dynamics of exciton complexes in a WS$_2$ monolayer
由于二维几何结构和多谷能带结构中不寻常的库仑相互作用，科学家对揭示原子薄半导体的原始光学性质和功能的好奇心推动了对过渡金属二硫属化物（TMD）单层的研究。虽然最近的工作确定了异国情调的充满活力的计划，激子复合物在TMD，我们在这里采用四波混频显微镜表明，其亚皮秒动力学是由周围的障碍。聚焦于单层WS $_2$，我们观察到激子相干性主要是由于与声子的相互作用和朝向光学暗激子态的弛豫过程而丢失的。值得注意的是，当温度较低和无序弱激子大相干体积导致巨大的振子强度，允许达到辐射限制退相的制度，我们观察到长谷相干。因此，我们阐明了激子环境中的TMDs的动力学的关键作用，并表明，揭示的机制是无处不在的家庭。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall
Control of Exciton Valley Coherence in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
过渡金属二硫属化合物单分子膜中的直接带隙跃迁受手性光学选择规则支配。由激光螺旋度确定，在动量空间中的$K^+$或$K^-$谷中诱导光学跃迁。线偏振激光激发制备谷态的相干叠加。在这里，我们展示了激子谷相干单层WSe 2通过调整所施加的磁场垂直于单层平面的控制。我们表明，在高达9 T的外加磁场中，谷态的相干叠加的旋转角度高达30度。这种在ps时间尺度上的激子谷相干控制可能是基于谷自由度的量子比特完全控制的重要一步。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall
Ab-initio studies of exciton $g$ factors: Monolayer transition metal dichalcogenides in magnetic fields
在过去的几十年里，磁场对半导体中的光吸收的影响已经被实验测量和理论建模用于各种系统。我们提出了一种新的第一性原理方法来系统地确定激子对磁场的响应，即激子$g$因子。通过利用$GW$ -Bethe-Salpeter方程方法，我们表明，$g$因子提取的电子带塞曼位移强烈重整化的多体效应，我们追溯到激子在倒易空间的程度。我们将我们的方法应用于过渡金属二硫属化物（MoS $_2$、MoSe $_2$、MoTe $_2$、WS $_2$和WSe $_2$）的单层，其中$g$因子被减弱约30%，所述单层具有强束缚激子。
2020-06-02 cond-mat.mes-hall
Dark exciton-exciton annihilation in monolayer WSe$_2$
过渡金属二硫属化物（TMD）半导体中异常强的库仑相互作用产生了由亮激子态和暗激子态组成的丰富的激子景观。在高密度下，激子可以通过激子-激子湮灭（EEA）相互作用，这是一种限制光电应用效率的类俄歇复合过程。虽然EEA是一个众所周知的和特别重要的过程，在原子薄的半导体确定激子寿命和影响运输在高密度，其微观起源仍然难以捉摸。在这个联合的理论实验研究相结合的微观和材料特定的理论与时间和温度分辨的光致发光测量，我们证明了黑暗的谷间状态，发现占主导地位的EEA率在单层WSe $_2$的关键作用。我们揭示了一个有趣的，在这类材料的俄歇散射的特性温度依赖性与理论和实验之间的良好协议。我们的研究提供了微观的洞察技术相关的俄歇散射通道内显着的激子景观的原子薄半导体的效率。
2021-12-20 cond-mat.mes-hall
Auger recombination of dark excitons in ${\rm WS_2}$ and ${\rm WSe_2}$ monolayers
我们提出了一种新的声子辅助俄歇过程，独特的单层过渡金属二硫属化物（TMDC）的电子能带结构，它主导的基态激子的辐射复合钨基TMDC。使用实验和DFT计算值的激子能量，自旋轨道分裂，光学矩阵元素，和俄歇矩阵元素，我们发现，俄歇过程开始占主导地位的载流子密度低至$10^{9-10}~{\rm cm^{-2}}$，从而提供了一个合理的解释，为这些材料的低量子效率报告。
2016-07-04 cond-mat.mes-hall
Population pulsation resonances of excitons in monolayer MoSe2 with sub 1 μeV linewidth
过渡金属二硫属化物单层膜是一类新型的原子薄半导体材料，具有光耦合的二维谷激子。这些系统中激子弛豫的性质目前知之甚少。在这里，我们研究激子弛豫单层MoSe 2使用偏振分辨相干非线性光学光谱与高光谱分辨率。我们报道了在低温下具有1 μeV和<0.2 μeV两种不同特征线宽的极窄的布居脉动共振。这些线宽比光致发光和吸收线宽窄三个数量级以上，表明激子弛豫动力学的一个组成部分发生在长于1 ns的时间尺度上。超窄共振（<0.2 μeV）随着激发强度的增加而出现，这意味着存在寿命超过6ns的长寿命态。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall
Excitonic resonances in thin films of WSe2: From monolayer to bulk material
我们目前的光学光谱（光致发光和反射率）的过渡金属二硫属化物WSe 2的薄层的研究，厚度范围从单到四层和散装限制。调查的光谱显示的激子共振作为层厚度的函数的演变，由于在能带结构的变化，重要的是，由于库仑相互作用的强度以及修改。所观察到的温度激活的能量转移和扩大的基本直接激子占常规半导体的标准形式主义。在WSe2单层中观察到光致发光产额随温度的大幅增加，表明存在竞争辐射通道。由于中性和带电激子在WSe 2单层的吸收型共振的观察报告和转移的振子强度从带电到中性激子的温度升高时的效果被证明。
2015-03-05 cond-mat.mes-hall
Waveguiding valley excitons in monolayer transition metal dicalcogenides by dielectric interfaces in the substrate
在半导体过渡金属二硫属化物的单层中，电子-空穴交换相互作用将激子色散分成大量横向分支和具有非常轻或甚至零质量的纵向分支，这取决于屏蔽库仑相互作用的形式。纵向分支的群速度对电子-空穴交换的强度敏感，这可以通过介电环境来设计。在这里，我们表明，可以利用基板的介电图案化，以实现波导中的激子的纵向分支在一个均匀的单层，离开大量的横向分支不受影响。在基片中不同介电常数的横向界面处，激子在纵向分支中的透射和反射服从光学系统的Snell-Descartes定律，利用全反射可以实现激子在两个平行界面上的波导。同样的介质图案的基板似乎是完全透明的大量的横向分支激子，它没有界面散射。当单层被放置在一维介电超晶格上时，纵向分支的色散被强烈重整化，并且波函数表现出一维特征，局限于低介电或高介电区域。相反，大量的横向分支激子不受衬底介电图案的影响，表现出原始的性质，在一个独立的单层。
2021-10-19 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Terahertz Electroabsorption Modulation by Excitons in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
非共振激光脉冲与单层过渡金属二硫族化物中激子的相互作用作为激子性质的谷选择性相干控制的一种途径正引起越来越多的关注。在这里，我们通过揭示单层MoS $_2$的激子共振上的强太赫兹场的影响来扩展已知的非共振现象的分类。我们观察到，太赫兹泵浦脉冲引起的激子的相干寿命的选择性修改，而保持其振子强度和峰值能量不变。我们合理化这些结果在理论上调用迄今未观察到的表现的Franz-Keldysh效应的激子共振。由于光吸收的调制深度在室温下达到0.05 dB/nm的值，我们的研究结果开辟了使用半导体过渡金属二硫属化物作为高速电吸收器件的紧凑和高效平台的道路。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall
Bright excitons in monolayer transition metal dichalcogenides: from Dirac cones to Dirac saddle points
在单层过渡金属二硫属化物中，已经发现了紧密结合的激子，其具有可以通过偏振选择规则光学寻址的谷赝自旋。在这里，我们表明，这个谷赝自旋强烈耦合到激子的质心运动，通过电子空穴交换。这种耦合实现了光锥内的激子（即亮激子）的手征指数I=2的无质量狄拉克锥。在中等应变下，I=2的狄拉克锥分裂成两个简并的I=1的狄拉克锥，并且在明亮的激子色散中出现具有线性狄拉克谱的鞍点。有趣的是，在结合一个额外的电子后，带电激子变成了一个大质量的狄拉克粒子，与一个大的谷霍尔效应相关联，免受谷间散射的影响。我们的研究结果指出了独特的机会，研究狄拉克物理学，与激子的光学寻址在指定的动量，能量和赝自旋。应变可调的谷轨道耦合也意味着新的结构的激子凝聚体，激子电路的新功能，和机械控制的谷赝自旋的可能性。
2014-01-03 cond-mat.mes-hall
Nonclassical Exciton Diffusion in Monolayer WSe2
我们实验证明了时间分辨激子在低温下单层半导体中的传播。监测声子辅助复合的暗态，我们发现一个非常不寻常的情况下激子扩散。虽然在5 K的扩散率本质上是有限的声学声子散射，我们观察到一个显着的扩散系数随着温度的升高，远低于较高能量的声子模式的激活阈值降低。这种行为既不对应于众所周知的半经典自由粒子输运制度，也不对应于强局域化系统中的热激活跳跃。它的起源进行了讨论的微观数值和半唯象的分析模型的框架中所观察到的非经典传播的特点。这些结果为研究原子薄范德瓦尔斯材料及其异质结构中激子准粒子的量子输运现象开辟了途径。
2021-07-23 cond-mat.mes-hall
