Magnetoexcitons in transition-metal dichalcogenides monolayers, bilayers, and van der Waals heterostructures
我们研究了在垂直于过渡金属双硫属化合物（TMDC）单层和异质结构的外加磁场中里德堡态的直接和间接磁激子。通过对薛定谔方程进行数值积分，计算了里德堡态1 $s$、2 $s$、3 $s$和4 $s$的磁激子结合能，对直接磁激子采用Rytova-Keldysh势，对间接磁激子采用Rytova-Keldysh势和磁势.后者允许理解筛选在TMDC异质结构中的作用。我们报告了磁场能量对直接和间接磁激子的结合能和抗磁系数的贡献。证明了磁场对直接和间接磁激子能量贡献的可调谐性。结果表明，间接磁激子的结合能和DMC可以通过hBN层的数量来操纵。因此，我们的研究提出了使用磁场来控制TMDC单层、双层和异质结构中的直接和间接磁致伸缩的结合能的可能性，并且通过改变TMDC层之间的hBN片的数量来为异质结构定制结合能和DMC打开了额外的自由度。TMDC异质结中间接磁激子的结合能和DMC的计算是新颖的，当它们可用时，可以与实验结果进行比较。
2021-07-18 cond-mat.mes-hall
Ultrafast phonon-driven charge transfer in van der Waals heterostructures
垂直堆叠的过渡金属二硫属化合物（TMD）的范德华异质结表现出丰富的能量景观，包括层间和谷间激子。最近的实验表明，在TMD异质结构的超快电荷转移。然而，电荷转移过程的性质仍然难以捉摸。基于微观和材料现实的激子理论，我们揭示了声子介导的散射通过强烈的杂化谷间激子支配的电荷转移过程中发生的子-100 fs的时间尺度。我们跟踪的时间，动量和能量分辨的光激发激子的弛豫动力学和确定的温度和堆叠依赖的电荷转移时间为不同的TMD双层。所提供的见解提出了一个重要的步骤，在微观上理解的技术上重要的电荷转移过程中的范德华异质结构。
2022-09-08 cond-mat.mes-hall
Excited Rydberg States in TMD Heterostructures
过渡金属二硫属化物和其他范德华固体中库仑相互作用的函数形式对于它们的许多独特性质（例如强关联电子态、超导性和涌现铁磁性）是至关重要的。本文介绍了MoSe_2/WSe_2异质结中激子关键能级的测量。这些测量是从仅在激子的激发态处观察到的特定拉曼峰上的共振拉曼实验获得的。该数据用于验证这些结构中的库仑势模型，该模型预测激子能量在~5 meV /2.5%内。该模型用于确定异质结构形成对层的单粒子带隙的影响，并且在设计下一代更复杂的过渡金属二硫属化物结构中具有广泛的适用性。
2021-03-16 cond-mat.mes-hall
Large Proximity-Induced Spin Lifetime Anisotropy in Transition Metal Dichalcogenide/Graphene Heterostructures
范德华异质结构已经成为设计新材料和器件的范例，其中可以通过组合单个2D层的特性来定制特定的功能。单层过渡金属二硫属化物（TMD）是对石墨烯（Gr）的极好补充，因为Gr中的高质量电荷和自旋输运通过邻近效应富集了TMD的大自旋-轨道耦合。可控的自旋谷耦合使得这些异质结构对于自旋电子学和光谷电子学应用特别有吸引力。在这项工作中，我们研究了自旋进动在单层MoSe 2/Gr异质结，并观察到一个非常规的，戏剧性的调制的自旋信号，显示一个数量级更长的寿命的面外自旋（40 ps）相比，面内自旋（3.5 ps）。这一演示的大自旋寿命各向异性TMD/Gr异质结，是一个直接的证据，诱导自旋谷耦合Gr，并提供了一个可访问的路线Gr的自旋动力学的操纵，与TMD接口。
2017-08-14 cond-mat.mes-hall
Impact of charge transfer excitons on unidirectional exciton transport in lateral TMD heterostructures
该研究通过微观模拟hBN封装WSe$_2$-MoSe$_2$横向异质结构中的激子动力学，揭示能量偏移驱动的单向漂移与界面CT激子捕获的竞争导致低温下传播反而更弱的反直觉热控机制。
2025-03-03 cond-mat.mes-hall
Phase diagram of electron-hole liquid in monolayer heterostructures based on transition metal dichalcogenides
在过去的几年里，人们对过渡金属二硫属化物（TMD）的单分子层的兴趣一直是由其不寻常的电子和光学性质所驱动的，这对于设计新一代纳米电子学的功能元件非常有吸引力。最近，实验证据表明，在TMD单分子膜中形成高温强束缚电子空穴液体（EHL）。载流子的强结合是由于单层异质结构中库仑相互作用的屏蔽显著降低。本文研究了基于TMD的准二维异质结构中电子和空穴系统的气-液相变，并计算了这种相变的临界参数。描述了金属-绝缘体转变，并构造了这种异质结构的相图。
2021-05-13 cond-mat.mes-hall
Long-range quantum transport of indirect excitons in van der Waals heterostructure
空间间接激子（IX）（也称为层间激子）的长寿命使得长距离IX传播成为可能。由原子级薄的过渡金属二硫属化物（TMD）层组成的范德华异质结构提供了实现具有高结合能的激子的机会，并为实现激子量子现象和激子器件提供了材料平台。深入研究了在TMD异质结构中IXs的传播。然而，尽管长IX寿命，数量级长于空间直接激子（DX）的寿命，一个相对短的距离IX传播与$1/e$衰减距离$d_{1/e}$几个$μ$ m的TMD异质结构的研究中报道。IX传播的短范围源自面内势，其使激子局域化并抑制激子输运。特别是，在TMD异质结构中预测的显著的面内莫尔电位可以对IX传播造成障碍。在这项工作中，我们实现了在MoSe $_2$ /WSe $_2$异质结的宏观长程IX传播与$d_{1/e}$达到$\sim 100$ $μ$ m。IX传播的强烈增强是利用异质结构中的DXs共振的光激发实现的。IX传播的强烈增强源于IX本地化和散射的抑制，并在量子制度中观察到。
2022-06-03 cond-mat.mes-hall
Tunable coupling of terahertz Dirac plasmons and phonons in transition metal dicalchogenide-based van der Waals heterostructures
当材料以所谓的范德华异质结构（vdWh）结合时，石墨烯中的狄拉克等离子体与过渡金属二硫属化物（TMD）的声子杂交，从而形成表面等离子体-声子极化激元（SPPP）。这些模式耦合的程度取决于TMD的组成和结构，但也取决于等离子体激元的性质。通过执行现实的模拟，分别占vdWh的每一层的贡献，我们计算等离子体-声子耦合的强度如何取决于TMD层的数量和组成，石墨烯费米能量和特定的声子模式。由此，我们提出了一个半经典的理论，是能够捕捉所有相关特性的SPPPs。我们发现，通过调节石墨烯的费米能级和改变TMD层数，可以实现强耦合和超强耦合。
2021-08-14 cond-mat.mes-hall
Enhancement of interlayer exciton emission in a TMDC heterostructure via a multi-resonant chirped microresonator up to room temperature
本研究制备了多共振啁啾DBR微腔，实现了WSe₂/MoSe₂异质结构层间激子发射的低温增强，还测得其室温发光寿命为60 ps，为激子调控及相关光电器件研发提供了新平台。
2024-03-09 cond-mat.mes-hall
Interlayer excitons in transition metal dichalcogenide heterostructures
从单层过渡金属二硫属化物（TMD）中载流子的单粒子Dirac哈密顿量出发，构造了一个描述层间激子的四带哈密顿量，该层间激子由一个TMD层中的电子和另一个TMD层中的空穴组成.推导出电子-空穴相互作用势的表达式，同时考虑到两个TMD层的上方、下方和之间的介电环境的影响以及过渡金属层和TMD层的硫属元素层中的极化效应。计算了不同TMD异质结构的层间激子结合能和平均面内粒子间距。不同的介电环境上的激子结合能的影响进行了研究，并发现一个显着的依赖于两层之间的势垒的介电常数，导致竞争效应作为一个功能的面内和面外的介电常数的障碍。硫族元素层中的极化效应（其通常降低激子结合能）可通过屏蔽衬底在强衬底效应存在下导致结合能增加。计算了层间激子吸收谱，发现层间激子峰与垂直电场成线性关系，这与最近的实验结果一致。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall
Crystal Phases of Charged Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructures
多年来，激子的强关联相干态一直是理论和实验研究的主题。由于新出现的量子材料（例如范德华力（vdW）束缚的过渡金属二硫属元素（TMD）原子薄层），这个话题最近蓬勃发展。我们分析了最近在双层TMD异质结构中观察到的带电层间激子的集体性质。我们预测新的强相关相-晶体和维格纳晶体-可以选择性地实现与TMD双层适当选择的电子-空穴有效质量，只是改变他们的层间分离距离。我们的研究结果为非线性相干控制、电荷输运和量子vdW异质结的自旋光电子学应用开辟了新的途径。
2021-02-08 cond-mat.mes-hall
Tuneable superconducting effective gap in graphene-TMDC heterostructures
石墨烯在单层过渡金属二硫属化物上的生长呈现出带隙开放和巨大的自旋轨道耦合，这为实现电子学和自旋电子学应用的有用混合结构铺平了道路。过渡金属原子序数的增加导致大的SOC，其中最终在石墨烯- $WSe_2$中出现带反转。我们考虑石墨烯-TMDC混合结构的邻近效应的超导感应。作为形式化的必要条件，我们引入了适当的时间反演和粒子-空穴对称性算符，使得$8 \times 8$ Dirac-Bogoliubov-deGennes低能有效哈密顿量是不变的.超导电子空穴激发结果表明，基本动力学参数$λ_I^{A,B}$和$λ_R$对超导电子空穴激发，特别是子带能有重要影响.探讨了超导能量激发对化学势的依赖性。与$s$波对称性相比，系统中自旋三重态$p$波对称性的签名被发现增加了子带隙超导能量。
2019-01-26 cond-mat.mes-hall
Twist-Tunable Spin-to-Charge Conversion and Valley-Contrasting Effects in Graphene/TMDC Heterostructures
本文研究了石墨烯/过渡金属二硫化物异质结中扭转角对自旋轨道效应、自旋霍尔效应及谷霍尔效应的影响，并证明谷霍尔电导率可达量子化值±2e²/h。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall
Tailoring interfacial nanostructures at graphene/transition metal dichalcogenide heterostructures
二维（2D）范德华（vdWs）材料与非二维材料的集成以实现混合维异质结构具有创造现有材料无法达到的功能器件的潜力，并且长期以来一直是材料科学界的追求。在这里，我们报告了单层/双层过渡金属二硫属化物（TMD）纳米结构的图案化与纳米精度，可调的尺寸和网站在石墨烯/TMD异质结构的界面。我们的实验表明，TMD纳米结构可以创建在选定的位置的接口使用扫描隧道显微镜光刻，更重要的是，界面的TMD纳米结构的尺寸可以调整与纳米级的精确合并相邻的TMD纳米结构或通过进一步的剪裁。明确观察到从体TMD中的六方相到界面纳米结构中的单斜相的结构相变，这在石墨烯上局部引入了定义明确的静电势。这些结果不仅使高质量的图案化pn结的vdWs异质结构的创建，但也提供了一个新的路线，实现定制设计的混合维异质结构。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer exciton landscape in WS$_2$/tetracene heterostructures
将二维材料垂直堆叠成异质结构，产生了大量有趣的光电特性，并为技术发展带来了前所未有的潜力。虽然已经取得了很大的进展，结合不同的单层过渡金属二硫属化合物（TMD），鲜为人知的是TMD为基础的异质结构，包括有机层的分子。在这里，我们提出了一个联合的理论和实验研究的TMD/并四苯异质结展示空间分离的层间激子在低温光致发光光谱的清晰签名。在这里，库仑束缚的电子和空穴分别位于TMD或分子层中。特别是，我们揭示了整个内和层间激子景观的光致发光光谱的理论和实验签名。特别是，我们发现在理论和实验中的一个显着的转移强度从层内TMD激子的一系列能量较低的层间激子随着温度的降低。此外，我们发现签名声子边带源于这些层间激子状态。我们的研究结果揭示了TMD/分子异质结构中层间激子的微观本质，并可能对这些材料的技术应用产生重要影响。
2022-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature interlayer exciton valley polarization and valley Hall effect
对于单层过渡金属硫属化物（TMD），Berry曲率可以将不同谷区的电子和激子驱动到相反的方向，作为谷区相关的有效磁场。除了单层TMD之外，范德华异质结构为新兴的谷物理和具有优异物理特性的器件提供了有吸引力的平台。TMD异质结构中的层间激子与单层层内激子相比具有较长的谷寿命。本文报道了室温下MoS_2/WSe_2的层间激子谷极化和谷霍尔效应。利用偏振相关的光致发光谱，观察到了不同谷指数的激子的分离。激子分离垂直于它们的输运方向。谷霍尔效应的间接激子是持续的，即使在室温下，与低温在以前的实验中的单层TMD。间接激子谷极化和谷霍尔效应的室温演示为基于TMD异质结构的光谷电子器件的发展开辟了新的前景。
2019-04-22 cond-mat.mes-hall
Localized bright luminescence of indirect excitons and trions in MoSe$_2$/WSe$_2$ van der Waals heterostructure
半导体异质结构中的间接激子（IX）是玻色子，可以冷却到量子简并温度以下，并且可以通过电压和光进行有效控制。IX量子玻色气体和IX器件在GaAs异质结构中进行了探索，其中IX的存在范围限于低温，因为IX结合能低。范德华过渡金属二硫属化物（TMD）异质结构中的IX的特征在于大的结合能，这为探索激子量子气体和在高温下创建激子器件提供了机会。TMD异质结构也为研究单激子现象和少粒子复合物提供了一个新的平台。在这项工作中，我们目前的研究，在MoSe $_2$ /WSe $_2$异质结构的IX和报告的两个IX发光线的能量分裂和温度依赖性，确定他们为中性和带电IX。实验发现的间接带电激子（即间接三离子）的结合能接近TMD异质结构中负间接三离子的计算结合能28 meV [Deilmann，Thygesen，Nano Lett. 18，1460（2018）]。我们还报道了在低温下实现发光线宽达到4~meV的IXs。在局域化的斑点中观察到IX发光强度的增强和窄线宽。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall
Graphene-TMD van der Waals Heterostucture Plasmonics
等离子体激元是电子在体材料或表面的集体激发，它对材料的性质起着重要的作用，并产生了等离子体激元。我们报告了一个非常不寻常的等离子体模式的观察表面上的范德华异质结构的石墨烯单层的二维过渡金属二硫属化物衬底。由于沿界面传播的表面等离子体波的指数衰减场对环境折射率变化高度敏感，因此这种异质结构可用于超灵敏生物传感。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall
Exciton Transport under Periodic Potential in MoSe2/WSe2 Heterostructures
最近，实验证实了通过堆叠两个晶格失配的过渡金属二硫属化物（TMD）单层形成的异质结构中的莫尔超晶格导致受限激子态的预测形成。TMD异质结构中的这种周期性势起到扩散势垒的作用，其影响层间激子（电子和空穴在空间上集中在不同单层中）的能量传输和动力学。理解激子在这种条件下的输运对于建立作为下一代器件平台的材料系统是必不可少的。在这项工作中，我们实验量化的层间激子在六方氮化硼（hBN）封装，钼二硒钨/二硒化物（MoSe 2/WSe 2）异质结构中经历的扩散势垒通过研究激子输运在不同温度下。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall
Microscopic origin of anomalous interlayer exciton transport in van der Waals heterostructures
范德华异质结构成了一个平台，研究有趣的多体量子现象。特别是，过渡金属二硫属化物（TMD）异质双层主机长寿命的层间激子，表现出永久的面外偶极矩。在这里，我们开发了一个层间激子-激子相互作用的微观理论，包括层间激子的偶极性质以及它们的费米子结构，这引起了一个有吸引力的费米子交换。我们发现，这些相互作用有助于漂移力导致在高密度的MoSe $_2$-WSe $_2$异质结中的高度非线性激子传播。我们表明，传播可以通过改变TMD层之间的hBN间隔的数量或通过调整介电环境进行调谐。特别是，虽然违反直觉，我们发现，层间激子在独立的样品中传播慢于hBN封装的TMD中的激子-由于增强的净库仑漂移与更强的环境屏蔽。总的来说，我们的工作有助于更好地微观理解层间激子输运在技术上有前途的原子薄半导体。
2022-07-08 cond-mat.mes-hall
Excitonic response in TMD heterostructures from first-principles: impact of stacking, twisting, and interlayer distance
本研究基于第一性原理多体微扰理论，分析堆叠、扭转对TMD异质双层激子特性的影响，发现布里渊区全跃迁效应可实现激子态反转，为量子信息与光传感应用提供支撑。
2024-07-01 cond-mat.mes-hall
Electrically controlled emission from triplet charged excitons in atomically thin heterostructures
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）中的大自旋轨道耦合使圆偏振光与具有选择性谷和自旋的激子耦合。在这里，我们证明了电子控制的MoSe $_2$ /WSe $_2$ TMD范德华（vdW）异质结中的自旋三重态层间激子的增亮。在TMD异质结构中的vdW层的原子注册为层间激子提供了准角动量，使得能够从否则暗的自旋三重态激子发射。利用磁场，我们证明了在同一个谷中的三重态和单重态激子发射的光子具有相反的手征性。我们还测量有效的激子g因子，提出直接和定量的证据三重态层间激子。我们进一步证明了单重态和三重态带电激子之间的相对光致发光强度的门调谐。单重态和三重态激子之间的电控发射使得光电子器件能够配置激子手性、自旋和谷量子态。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall
Probing the inter-layer exciton physics in a MoS$_2$/MoSe$_2$/MoS$_2$ van der Waals heterostructure
堆叠半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的原子单分子膜已成为设计其性能的有效方法。原则上，TMD异质结构的交错能带排列应导致形成具有长寿命和鲁棒谷极化的层间激子。然而，这些特征仅在MoSe $_2$ /WSe $_2$异质结构中同时观察到。本文报道了在MoS $_2$ /MoSe $_2$ /MoS $_2$三层范德华异质结中观察到的长寿命层间激子发射。所观察到的过渡层间的性质证实了光致发光光谱，以及通过分析的时间，激发功率和温度依赖性的层间发射峰。所观察到的复杂的光致发光动力学表明存在准简并动量直接和动量间接带隙。结果表明，圆偏振光抽运导致层间激子的长寿命谷极化。有趣的是，层间激子光致发光具有与激发相反的螺旋性。我们的研究结果表明，通过仔细选择形成范德华异质结的TMD，可以控制层间激子发射的圆偏振。
2017-09-13 cond-mat.mes-hall
Interlayer exciton dynamics in van der Waals heterostructures
激子结合能高达数百meV，在光频范围内有很强的光吸收，这使得过渡金属二硫属化物（TMD）有望成为新型光电纳米器件。特别是，原子级薄的TMD可以堆叠成异质结构，从而能够设计具有定制特性的新材料。强库仑相互作用产生层间激子，其中电子和空穴在不同层中空间分离。在这项工作中，我们揭示了这些根本上有趣的和技术相关的层间激子态的形成，热化和衰变背后的微观过程。特别地，我们提出了示例性的MoSe $_2$ -WSe $_2$异质结构的层间激子结合能和波函数以及它们的时间和能量分辨动力学。最后，我们预测了层间激子对这些材料的光致发光的主要贡献。
2018-04-23 cond-mat.mes-hall
Van der Waals trilayers and superlattices: Modification of electronic structures of MoS2 by intercalation
我们通过在MoS 2双层膜之间插入二维单层膜（ML = BN，MoSe 2，WS 2，或WSe 2）形成各种MoS 2/ML/MoS 2三明治三层膜，对范德华（vdW）三层膜的电子性质进行了全面的第一性原理研究.我们发现，BN单层是最有效的片去耦层间vdW耦合的MoS 2双层，和由此产生的三明治三层可以恢复的电子结构的MoS 2单层，特别是直接带隙字符。对MoS 2/BN超晶格的进一步研究证实了BN单层对于MoS 2-MoS 2相互作用的解耦的有效性。此外，过渡金属二硫属化物（TMDC）MoSe 2或WSe 2片层的插入使得三明治三层结构由于新形成的异质S/Se界面而经历间接带隙到直接带隙的转变.相比之下，MoS 2/WS 2/MoS 2三明治三层仍然保留了MoS 2双层的间接间隙特征，由于缺乏异质的S/Se界面。此外，三维超晶格的MoS 2/TMDC异质结构也表现出类似的电子带特性的MoS 2/TMDC/MoS 2三层异质结构，虽然轻微的减少比三层的带隙。与块状MoS 2相比，3D MoS 2/TMDC超晶格可以产生新的和独特的性质。我们的研究不仅提供了新的见解vdW多层异质结构的电子特性，但也指导设计新的异质结构，以修改2D TMDC晶体的电子结构。
2014-03-13 cond-mat.mes-hall
Electronic structures and optical properties of realistic transition metal dichalcogenide heterostructures from first principles
我们从第一性原理计算的电子结构和光学性质的过渡金属二硫属化物（TMD）的双层异质结构组成的二硫化钼层夹着WS 2，MoSe 2，MoTe 2，BN，或石墨烯片。与以前的工作相反，系统的构造方式，即组成无公度单层的无应变晶格常数被保留。我们发现在所有的TMD/TMD异质结构中，Γ-点态之间都存在强相互作用，这种相互作用可以导致间接带隙。另一方面，在K点附近的状态保持在单层中。当TMD与BN或石墨烯层配对时，Γ点周围的相互作用可以忽略不计，并且电子结构类似于两个独立的单层。对MoS 2/WS 2系统的光学性质的计算表明，即使当价带和导带边缘位于不同的层中时，光学跃迁的混合也是最小的，并且单层的光学特性在很大程度上保留在这些异质结构中。层间跃迁的强度被发现是可以忽略不计的小，一个令人沮丧的结果工程的TMD的光学间隙的异质结构。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Weak localization in transition metal dichalcogenide monolayers and their heterostructures with graphene
计算了掺杂过渡金属二硫属化物（TMDC）单分子膜电导率的干扰修正。由于谷结构和固有自旋轨道耦合（SOC）之间的相互作用，这些材料表现出丰富的弱局域化（WL）行为，这与传统金属或类似的二维材料（如石墨烯）在性质上不同。我们的结果也可以用来描述石墨烯/TMDC异质结构，其中SOC是在石墨烯片中诱导的。我们讨论了新的参数制度，超越现有的理论，并可以用来解释最近的实验，以评估SOC和无序的强度。此外，我们表明，一个面内塞曼场可以用来区分不同种类的SOC的WL的磁导率的贡献。
2019-04-14 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
Magnetic-Field-Induced Wigner Crystallization of Charged Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructures
North Carolina Central University（北卡罗来纳中央大学）；Institute of Spectroscopy, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院光谱学研究所）；National Research University ”Higher School of Economics”（国立研究大学高等经济大学）
研究磁场所致层间激子Wigner结晶化机制，分析强弱磁场下的相变行为，并提出改进的有效g因子概念。
2022-09-08 cond-mat.mes-hall
Interlayer Exciton Valleytronics in Bilayer Heterostructures Interfaced with a Metasurface
最近的建议，使用各向异性的真空过渡金属二硫属化物（TMDC）单层产生谷相干性扩大了潜在的谷自由度的应用在valleytronics。在这项工作中，我们开辟了一个全新的制度，无法与单层TMDC，在相称TMDC双层异质结构的层间激子自发产生的谷相干。利用层间激子在平面内各向异性的电磁真空结合特殊的平面外极化，我们表明，一个更大的区域的布洛赫球可以访问这些异质结构。我们示出了这些激子的可访问的相位给出这个面内各向异性电磁真空。我们对层间激子自发相干性的分析可能为在莫尔异质结构中设计相互作用的量子发射体阵列铺平道路。
2019-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetooptics of layered two-dimensional semiconductors and heterostructures: progress and prospects
从20世纪70年代基于III-V族和II-VI族半导体的“常规”二维（2D）量子阱（QW）开始，到最近的原子级薄层范德华材料，例如2D半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）和2D磁体，2D材料的研究正在不断发展并提供新的挑战。磁光光谱学在这一领域的研究中发挥了重要作用，无论是从基础物理学和技术的角度。二维半导体（如TMDC）的一个主要挑战是理解它们的自旋谷分辨物理，以及它们在量子计算和信息研究中的意义。自从谷塞曼效应被发现以来，磁光光谱学对TMDC及其异质结构的自旋谷物理有了深入的了解。在这个角度来看，我们强调磁光在许多里程碑的作用，如层间激子的发现，相干激发谷之间的相位控制，激子约化质量，玻尔半径和结合能的测定，光学亮和暗激子，trions，其他多体物种，如双激子和它们的声子副本在TMDC单层的物理。讨论伴随着开放的问题，挑战和未来的前景，在该领域包括评论的范德华异质结构，涉及TMDC和二维磁铁的磁光。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cavity-control of bright and dark interlayer excitons in van der Waals heterostructures
单层（ML）过渡金属二硫属化物（TMD）集成在光学微腔主机激子极化激元作为一个标志的强光-物质耦合制度。类似的概念，混合轻物质系统采用空间间接激子与永久的电偶极矩在异质双层（HBL）晶体的承诺实现激子极化激元气体和凝聚体与immersed偶极相互作用。在这里，我们确定了空间间接的动量明亮和动量暗层间激子的垂直MoSe $_2$ -WSe $_2$异质结构的光学签名和实施腔控制的激子流形。我们的实验量化的强度轻物质耦合为零和有限动量激子驻留在莫尔超晶格的TMD HBLs，并表明这两个激子物种容易受到Purcell增强腔修改的光子环境。我们的结果形成的基础上，偶极激子极化激元气体和凝聚体的混合腔-范德华异质结构系统的进一步发展。
2017-10-25 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
Momentum Conserved Ultrafast Charge Transfer Dynamics of Interlayer Excitons in vdW Heterostructures
由范德华（vdW）堆叠的过渡金属二硫属化物（TMDC）单层构成的异质结构是一类具有独特性质的迷人的二维（2D）材料。层间激子的存在，其中电子和空穴由于超快电荷转移而在两层中保持空间分离，是这些异质结构的一个有趣的特征。不可避免地，2D异质结构器件的效率关键取决于电荷转移动力学。然而，该电荷转移动力学的组成层的相对旋转角度的作用是迄今为止未知的。在这里，我们调查的MoS $_2$ /WSe $_2$ VDW异质结（HMW）使用单色低损耗电子能量损失（EEL）光谱结合像差校正扫描透射电子显微镜（STEM），并报告说，动量守恒是一个关键因素的电荷转移动力学的TMDC VDW异质结。具有不同旋转角度的异质结构的低损耗EEL谱显示，在对准（或反对准）的情况下，电荷转移速率可以比未对准的情况快大约一个数量级。这些结果提供了一个更深入的了解动量守恒的基本原理在二维vdW异质结电荷转移动力学的作用。
2019-02-01 cond-mat.mes-hall
Excitonic thermalization bottleneck in twisted TMD heterostructures
Philipps University of Marburg（马尔堡菲利普斯大学）
基于微观多粒子方法，研究了MoSe2-WSe2异质结构中声子驱动的非平衡莫尔激子弛豫级联，揭示了低扭转角下平带结构中的声子瓶颈阻碍激子完全热化到最低态，解释了激发态莫尔激子增强的发射强度。
2024-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of interlayer phonon modes in van der Waals heterostructures
利用超低频拉曼光谱研究了单层过渡金属二硫属化合物（TMDs），特别是MoS 2/WSe 2和MoSe 2/MoS 2异质双层膜以及扭曲MoS 2双层膜的范德华异质结构的振动特性.我们发现了这些结构中两个无公度TMD单分子膜之间的层呼吸模式（LBM）振动产生的拉曼特征（在30 ~ 40 cm-1）。LBM拉曼强度与层间电荷转移引起的光致发光的抑制强烈相关。LBM仅在具有直接层-层接触和原子级清洁界面的双层区域中产生。它的频率也随两层之间的相对取向而系统地演变。我们的研究表明，LBM可以作为一个敏感的探针的界面环境和层间相互作用的范德瓦尔斯材料。
2014-10-15 cond-mat.mes-hall
High-mobility spin transport mediated by indirect excitons in a van der Waals heterostructure
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本研究针对范德华异质结构中间接激子介导的自旋输运展开研究，提出该机制可实现达10^5 cm^2/(eV·s)的高自旋迁移率，比TMD材料标准扩散自旋传输高数个数量级，为高迁移率自旋输运提供新途径。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall
Exciton landscape in van der Waals heterostructures
本文结合激子密度矩阵形式理论与密度泛函理论，系统揭示了TMD同质和异质双层在不同堆叠下的激子景观，确定了能量最低激子态，并厘清了杂化与层极化对亮暗激子光致发光谱的贡献。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall
Strong electron-hole symmetric Rashba spin-orbit coupling in graphene/monolayer transition metal dichalcogenide heterostructures
尽管石墨烯具有极弱的固有自旋轨道耦合（SOC），但已显示石墨烯通过与剥离的过渡金属二硫属化物（TMD）的邻近耦合而获得相当大的SOC。在这里，我们展示了强烈的诱导Rashba SOC的石墨烯是接近耦合到一个单层TMD膜，二硫化钼或WSe 2，生长通过化学气相沉积具有显着不同的费米能级位置。石墨烯/TMD异质结构是利用六方氮化硼，作为一个平面模板，以促进密切接触，因此，强烈的界面之间的相互作用，如证明的TMD光致发光的淬灭的拾取转移技术制造。我们观察到强烈的诱导石墨烯SOC，表现在一个明显的弱反本地化（WAL）的石墨烯磁导效应。从WAL分析中提取的自旋弛豫速率随动量散射时间线性变化，并且与载流子类型无关。这表明一个占主导地位的Dyakonov-Perel自旋弛豫机制所引起的诱导Rashba SOC。我们的分析产生的Rashba SOC的能量约1.5 meV的石墨烯/WSe 2和约0.9 meV的石墨烯/MoS 2，分别。诱导Rashba SOC的近电子-空穴对称性质提供了可能的潜在SOC机制的线索。
2017-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering whispering gallery modes in MoSe$_2$/WS$_2$ double heterostructure nanocavities: Towards developing all-TMDC light sources
本研究利用MoSe$_2$单层激子发光与WS$_2$高折射率，通过扫描探针光刻技术制备WS$_2$/MoSe$_2$/WS$_2$双异质结构微盘腔，实现了激子发光4-10倍增强和品质因子达700的回音壁模式，为开发超紧凑全TMDC光源提供了新途径。
2024-12-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast Optical Control of Rashba Interactions in a TMDC Heterostructure
本文通过理论计算与时间分辨克尔旋转测量，揭示了MoSe2/MoS2异质结构中Rashba效应诱导的谷内自旋弛豫机制，并发现其在50 K以上成为主导通道，为超快自旋操控提供了新途径。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exciton-assisted electron tunneling in van der Waals heterostructures
弹性和非弹性电子隧穿的控制依赖于具有良好定义的界面的材料。由二维成分组成的范德华材料为此类研究提供了理想的平台。声学声子和缺陷态的签名已被观察到在电流-电压（$I-V$）测量。这些特征可以用电子-声子或电子-缺陷的直接相互作用来解释。在这里，我们使用一种新的隧穿过程，涉及激子在过渡金属二硫属化物（TMD）。我们研究了由石墨烯和金电极组成的隧道结，这些电极由六方氮化硼（hBN）与相邻的TMD单层隔开，并在$I-V$测量中观察到突出的共振特征。这些共振出现在偏置电压，对应于TMD激子能量。通过将TMD置于隧道路径之外，我们证明了这种声子-激子介导的隧穿过程不需要任何电荷注入TMD。这项工作演示了电输运测量中的光学模式的外观，并介绍了一个新的功能的光电子器件的基础上范德华材料。
2023-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of optically induced Förster Coupling in van der Waals coupled Heterostuctures
我们研究了由石墨烯和单层过渡金属二硫属化物（TMD）组成的范德华异质结构中光诱导Förster耦合的影响。特别是，我们预测相应的退相速率和TMD层和石墨烯之间的快速能量转移在皮秒范围内。示例性地，我们发现在室温下MoSe $_2$ -石墨烯堆叠中约4ps $^{-1}$的热化激子的跃迁速率。这个时间尺度是在很好的协议与最近测得的激子在这种异质结的寿命。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall
Spin/valley coupled dynamics of electrons and holes at the ${\text{MoS}_{2}-\text{MoSe}_{2}}$ interface
过渡金属二硫族化合物（TMD）中的自旋和谷自由度耦合被认为是一种很有前途的信息处理平台。在这里，我们使用一个TMD异质结构${\text{MoS}_{2}-\text{MoSe}_{2}}$研究跨界面的自旋/谷极化载流子的光泵浦，并阐明其随后的弛豫机制。通过应用时间分辨克尔和反射率光谱，我们发现，光激发载流子保存其自旋的两个隧穿方向的接口。在此之后，我们测量显着不同的自旋/谷退极化率的电子和空穴，$\sim 30\,{\text{ns}}^{-1}$和$< 1\,{\text{ns}}^{-1}$，分别表明，这种差异涉及到的导带和价带的TMD的自旋轨道分裂的差距。我们的工作提供了深入了解不受复杂激子过程影响的自由载流子的自旋/谷动力学，并建立了TMD异质结构作为自旋/谷电子器件中的自旋电流发生器。
2021-07-09 cond-mat.mes-hall
Long-lived Topological Flatband Excitons in Semiconductor Moiré Heterostructures: a Bosonic Kane-Mele Model Platform
本文提出一种基于TMD莫尔异质结构的最小结构，利用层间激子杂化实现可调的拓扑平带，为玻色子Kane-Mele模型及玻色子分数量子反常霍尔效应提供固态平台。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall
Polarization and charge-separation of moiré excitons in van der Waals heterostructures
本文通过微观材料特异性理论研究了原子重构MoSe₂-WSe₂异质结构中的层内电荷分离，识别出三种依赖扭转角的激子区域，并预测了层内CT激子独特的莫尔位点跳跃行为，提出可通过介电工程调控电荷分离。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall
Momentum-space indirect interlayer excitons in transition metal dichalcogenide van der Waals heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMDC）的单层具有由激子（紧密结合的电子-空穴对）主导的特殊光学性质。通过确定性地堆叠单个单层来形成范德华异质结构允许通过选择材料和层的相对取向来调节各种性质。在这些结构中，出现了一种新型的激子，其中电子和空穴在空间上分离。这些层间激子允许探索多体量子现象，非常适合谷电子应用。大多数情况下，完全空间分离的电子和空穴源于单层布里渊区的$K$谷的基本模型被应用于描述这样的激子。在这里，我们结合光致发光光谱和第一性原理计算扩展层间激子的概念。我们确定了一个部分电荷分离的电子-空穴对在MoS $_2$/WSe $_2$异质结构驻留在$Γ$和$K$谷。我们控制这种新型的动量空间间接的，但强约束激子的相对取向的变化层的发射能量。这些发现代表了对TMDC异质结构和器件中激子效应的理解和控制的关键一步。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall
Strong Single- and Two-Photon Luminescence Enhancement by Nonradiative Energy Transfer across Layered Heterostructure
单层过渡金属二硫属化物（TMDs）中的强光-物质相互作用具有直接带隙性质和这些材料宿主的强束缚激子的超快辐射衰减，因此在纳米光电子学中是有希望的。然而，单层的超薄性质所施加的光吸收的阻碍量损害了它们在光子应用中的可行性。使用一个分层的异质结构的单层TMD堆叠在上面的强吸收，非发光，多层SnSe 2，我们表明，单光子和双光子发光从TMD单层可以分别增强了14和7.5倍。这是通过层间偶极-偶极耦合诱导的非辐射福斯特共振能量转移（FRET）从SnSe 2下面，它作为一个清道夫的光未被单层TMD吸收。该设计策略利用了SnSe 2的直接能隙与单层TMD的激子能隙之间的近共振、范德华异质结促进的施主和受主之间的最小可能分离以及这些层状材料中偶极子的面内取向。在整个结区域上的FRET驱动的均匀的单光子和双光子发光增强优于量子点或等离子体结构集成的2D层中的局部增强，并且有希望用于提高成像、光电和光子应用中的量子效率。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Controlled Interfacial Charge Transfer Induced Excitons in MoSe2-WSe2 Lateral Heterostructure
本文研究单层MoSe2-WSe2横向异质结构中电控激子产生、输运与量子发射调控，结合石墨烯栅极器件、低温光谱和第一性原理计算，揭示界面电荷转移与电场协同机制，为电光量子器件发展提供新路径。
2024-07-18 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
Spin-layer locking of interlayer excitons trapped in moiré potentials
范德华异质结构为量子材料的设计提供了诱人的机会。例如，过渡金属二硫属化物（TMD）具有三个量子自由度：自旋、谷指数和层指数。此外，扭曲的TMD异质双层可以形成莫尔图案，该莫尔图案根据原子注册来调制电子能带结构，导致层间激子（IX）的空间限制。在这里，我们报告的观察自旋层锁定的IX被困在莫尔电位中形成的异质结构的双层2 H-MoSe $_2$和单层WSe $_2$。锁定电子自旋和层指数的现象导致两个量子限制IX物种具有不同的自旋层谷配置。此外，我们观察到，由于双层TMD的2 H型堆叠特性，三层中的莫尔条纹捕获位点的原子注册表本质上锁定在一起。这些结果确定层指数作为一个有用的自由度工程可调的少能级量子系统的二维异质结构。
2020-06-02 cond-mat.mes-hall
Transport and localization of indirect excitons in a van der Waals heterostructure
本文在MoSe2/WSe2范德华异质结构中实现了衰减距离超过100 μm的间接激子长程输运，并发现随激子密度变化出现局域化—长程输运—再入局域化现象，结果与Bose-Hubbard理论定性一致。
2023-07-03 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
