Optically tunable spin Hall effect in periodically driven monolayer transition metal dichalcogenides
本研究利用圆偏振光驱动单层过渡金属二硫化物，通过Floquet线性响应理论验证了可光学调控自旋霍尔效应自旋流的大小与方向，揭示其源于非Rashba效应与CPL非微扰效应的结合。
2025-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fundamental Limits of Exciton-Exciton Annihilation for Light Emission in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
我们定量地说明了激子-激子湮灭（EEA）可能对单层过渡金属二硫属化物（TMDC）材料的光发射的基本限制。TMDC单层中的EEA显示出与基底的相互作用的依赖性，因为其速率从0.1 cm 2/s（0.05 cm 2/s）增加到0.3 cm 2/s（0.1 cm 2/s），对于WS 2（MoS 2）单层，移除基底。当激子密度超过1010 cm-2或1011 cm-2时，它成为激子衰减的主要途径，并主导发光效率。这为实现最佳发光效率设置了发光器件中注入电荷密度的上限。强EEA速率还规定了单层中粒子数反转的泵浦阈值为12-18 MW/cm 2（光学）或2.5- 4 × 105 A/cm 2（电学）。
2016-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast exciton relaxation in monolayer transition metal dichalcogenides
我们研究了一种机制，激子进行超快弛豫在常见的单层过渡金属dichalcogenides。结果表明，在密度为$\approx$ 1 $\times$ 10 $^{11}$ cm $^{-2}$和温度为$ \le 60$ K时，在已知的单分子膜（MoS $_2$，MoSe $_2$，WS $_2$和WSe $_2$）中激子以点状无结构电子空穴准粒子的形式存在.我们评估激子能量弛豫的平均速率，由于声学声子通过变形势和压电耦合机制，并检查激子波函数的传播到垂直于单层平面的区域的效果。结果表明，激子弛豫速率随激子温度的升高而增大，随晶格温度的升高而减小。当计算外推到室温时，与现有的实验数据得到了很好的协议。一个统一的方法，考虑到变形势和压电耦合机制表明，激子弛豫引起的声子是显着的缺陷辅助散射和捕获激子的表面态在单层过渡金属二硫属化物。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measurement of the optical dielectric function of transition metal dichalcogenide monolayers: MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2
我们报告了四种过渡金属二硫属化物：MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2，光子能量为1.5 - 3 eV的单层膜的复杂面内介电函数的测定。从反射光谱使用Kramers-Kronig约束变分分析的结果。从介电函数，我们得到的绝对吸收的单分子膜。我们还提供了相应的散装材料的单层的介电函数的比较。
2016-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Exciton valley depolarization in monolayer transition-metal dichalcogenides
谷自由度是单层过渡金属二硫属化物中的一个重要的量子数。类似于半导体中的光学自旋取向，吸收光子的螺旋度可以传递到光激发电子和空穴的谷（赝自旋）量子数。与量子力学自旋类似，谷量子数也不是守恒量。由于长程电子-空穴交换，单层过渡金属二硫属化物中激子的谷去极化在低温下通常需要几ps。类似于这种行为的是单层MoSe $_2$和MoTe $_2$，其中去极化快得多。我们阐明了这些材料的神秘异常，发现它起源于Rashba诱导的暗激子和亮激子分支旁边的简并点耦合。当光激发的激子在简并区域附近的状态之间的能量弛豫期间散射时，它们在失去初始螺旋度后到达光锥。谷去极化在单层WSe $_2$、WS $_2$和可能的MoS $_2$中没有那么快，其中Rashba诱导的耦合可以忽略不计。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization analysis of excitons in monolayer and bilayer transition-metal dichalcogenides
单层和双层过渡金属二硫属化物的光学跃迁的偏振分析提供了宝贵的信息的自旋和谷（赝自旋）自由度。为了解释给定单层过渡金属二硫属化物的光学性质，应该考虑（i）其自旋分裂导带的顺序，（ii）谷间散射是否容易出现声子瓶颈，（iii）以及是否可以通过电子-空穴交换进行谷混合。使用这些原则，我们提出了一个一致的物理图像，阐明了这些材料的光谱中的各种功能。我们解释了单层MoSe $_2$和单层WSe $_2$中的光学跃迁之间的差异，发现后者中的间接激子对应于到目前为止归因于与杂质结合的激子的几个低能量光学跃迁。讨论了MoSe $_2$中极化消失的可能机制。最后，我们考虑了面外电场的影响，表明它可以减少亮激子的初始极化由于与暗激子的Rashba型耦合。
2015-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Coulomb interaction in monolayer transition-metal dichalcogenides
近年来，著名的Keldysh势被广泛用于描述单层过渡金属二硫族化合物中少体配合物的库仑相互作用。使用这种潜在的模型带电激子（trions），人们发现一个强烈的依赖于单层是否悬浮在空气中，支持SiO $_2$，或封装在六方氮化硼的结合能。然而，三振子结合能的经验值显示弱依赖于单层配置。这一缺陷表明，库仑势的描述仍然缺乏这类重要的材料。我们解决这个问题，并得出一个新的潜在的形式，它考虑到三个原子片，构成一个单层的过渡金属dichalcogenides。新势自洽地支持（i）中性激子的非氢Rydberg系列，以及（ii）trion结合能对环境的弱依赖性。此外，我们确定了一个重要的trion晶格耦合由于声子云附近的带电复合物。另一方面，中性激子由于其电荷中性和小的玻尔半径的汇合而与晶格具有较弱的耦合。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Marrying excitons and plasmons in monolayer transition-metal dichalcogenides
就像光子是光的量子一样，等离子体激元是导电介质中精心安排的电荷密度振荡的量子。在正常金属、超导体和杂质半导体中的等离子体激元现象通常由长波长库仑相互作用驱动。然而，在费米表面由布里渊区中的不连通口袋组成的晶体中，当电子在这些口袋之间跃迁时，集体电子激发也可以获得短波分量。在这里，我们表明，单层过渡金属dichalcogenides的能带结构引起一个有趣的机制，通过短波等离子体激元配对与激子。这种耦合阐明了在WSe $_2$和WS $_2$的单层中反复观察到的光学边带的起源，但还不清楚。该理论解释了为什么激子-等离子体激元耦合只有在电子掺杂的钨基单分子膜的光谱中才能清楚地表现出来。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fine Structure and Lifetime of Dark Excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
光学暗激子和亮激子之间的复杂相互作用决定了过渡金属二硫属化物单分子膜中的光-物质相互作用。我们在面外磁场Bz中用光谱法对WSe 2单分子膜中的“自旋禁戒”暗激子进行了详细的研究。与群论分析的理论预测一致，磁光致发光实验揭示了两个暗激子态之间的零场分裂$δ=0.6 \pm 0.1$ meV。低能态在Bz=0时是严格偶极禁戒的（完全暗），而高能态部分耦合到具有z偏振的光（“灰色”激子）。首次用时间分辨光致发光法测定了过渡金属二硫属化物单分子膜中的暗中性激子寿命$τ_D$。我们测量了灰色激子态的$τ_D \sim 110 \pm 10$ ps，即在T=12 K时比亮中性激子的辐射寿命长两个数量级。
2018-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-reflection spectroscopy of monolayer transition-metal dichalcogenide semiconductors in pulsed magnetic fields
我们描述了最近的实验努力，进行极化分辨光谱单层过渡金属二硫族化物半导体在非常大的脉冲磁场65特斯拉。详细讨论了实验装置和技术挑战，并给出了原子级薄二硫化钨（WS $_2$）随温度变化的磁反射谱。数据清楚地揭示了这些二维半导体中不仅存在谷塞曼效应，而且还存在小的二次激子抗磁位移，从中可以直接推断出非常小的激子尺寸。最后，我们提出了模型计算，演示了如何测量的抗磁位移可以用来限制在这个新的家庭的单层半导体激子结合能的估计。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic magneto-optics in monolayer transition metal dichalcogenides: From nanoribbons to two-dimensional response
采用纳米尺度几何结构研究了单层过渡金属二硫属化物（TMD）的磁光响应，包括激子效应。我们计算了对角电导率和霍尔电导率。激子光学霍尔电导率在独立粒子近似中得到的结果进行比较，我们发现，当激子效应被包括在内的幅度对应于一个数量级的增加。霍尔电导率被用来计算法拉第旋转光谱MoS2和WSe2。最后，我们还计算了WSe_2激子态在不同介电环境中的抗磁位移。比较计算的抗磁位移最近的实验测量，我们发现两者之间有很好的协议。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Magnetism in Heterostructures with Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers
二维材料及其异质结构为纳米尺度的磁性开辟了新的可能性。在这项研究中，我们利用第一性原理模拟研究的结构，电子和磁性的$\textrm{Fe}/\textrm{WSe}_2/\textrm{Pt}$系统包含原始的，有缺陷的，或掺杂的$\textrm{WSe}_2$单层。铁磁Fe层的邻近效应进行了研究，考虑缺陷和钒掺杂的$\textrm{WSe}_2$单层。所有的异质结构被发现是铁磁性的，和插入的过渡金属dichalcogenide的自旋取向的重新分配和磁性原子的密度增加，由于磁化的$\textrm{WSe}_2$的结果。由于$\textrm{WSe}_2$，费米能级处的总态密度增加;然而，过渡金属二硫属化物可能由于比范德华耦合更强而失去其独特的半导体性质。自旋分辨的电子结构特性与$\textrm{WSe}_2$单层异质结构中发现的较大自旋塞贝克系数有关。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Splitting between Bright and Dark excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
过渡金属二硫属化物单分子膜如二维半导体MoS $_2$和WSe $_2$的光学性质由激子、库仑束缚电子-空穴对主导。发光产率取决于电子-空穴跃迁是光学允许的（亮）还是禁止的（暗）。通过在密度泛函理论计算的$GW$波函数上求解Bethe Salpeter方程，我们确定了亮、暗激子态分裂的符号和振幅。我们评估了自旋轨道耦合对光谱的影响，清楚地表明了谷内库仑交换项对暗-亮激子精细结构分裂的强烈影响。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic control of the trion fine structure in transition metal dichalcogenide monolayers
在低维掺杂的过渡金属二硫属化合物（TMDC）单层膜中，带电激子（trions）对光谱的形成是必不可少的。使用直接对角化的三体哈密顿量，我们探讨了四种类型的TMDC ML中的低洼trion态。结果表明，三电子精细结构是单粒子带的自旋谷精细结构与组成粒子间交换作用相互作用的结果。我们表明，通过掺杂和介电环境的变化，可以调谐的trion能量精细结构，导致反交叉的亮和暗状态的TMDC ML的光谱的实质性影响。
2021-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intrinsic spin Hall effect in monolayers of group-VI dichalcogenides: A first-principles study
采用密度泛函理论的第一性原理计算，研究了第六族过渡金属二硫属化物MX 2（M = Mo，W，X = S，Se）单分子膜的内禀自旋霍尔效应. MX2单分子膜是直接带隙半导体，具有位于六边形布里渊区的拐角处的两个简并谷。由于反转对称性破缺和强自旋轨道耦合，相反谷中的电荷载流子携带相反的Berry曲率和自旋矩，从而产生谷-和自旋-霍尔效应。由于在价带最大值处存在较大的自旋分裂，p掺杂样品的本征自旋霍尔电导（ISHC）远大于n掺杂样品的ISHC.我们还表明，ISHC在反转对称的散装dichalcogenides是一个数量级较小的单层相比。我们的研究结果表明，单层二硫属化合物作为一个理想的平台，集成valleytronics和spintronics。
2012-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Janus Monolayers of Magnetic Transition Metal Dichalcogenides as an All-in-One Platform for Spin-Orbit Torque
我们从理论上预测，钒基Janus dichalcogenide单层构成一个理想的平台，自旋轨道扭矩存储器。利用第一性原理计算，我们证明了磁交换和磁各向异性能量更高的较重的硫族元素原子，而在Janus形式的反转对称性破缺导致出现Rashba的自旋轨道耦合。的自旋-轨道扭矩效率进行了评估，使用优化的量子传输方法，并发现是可比的重金属。磁性和自旋-轨道耦合在这种材料中的共存与可调费米能级开辟了新的可能性，监测磁化动态的角度来看，非易失性磁性随机存取存储器。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer transition metal dichalcogenides in strong magnetic fields: Validating the Wannier model using a microscopic calculation
采用运动方程（EOM）方法，计算了单层过渡金属二硫属化物（TMD）在外加磁场作用下的激子性质。我们将我们的研究结果与广泛使用的二维材料中激子的Wannier模型和最近的实验结果进行了比较。我们发现计算的激子跃迁能和实验结果之间有很好的一致性。此外，我们发现使用EOM方法计算的激子能量略低于使用Wannier模型计算的激子能量。最后，我们还表明，磁激子跃迁能量上的介电环境的影响是最小的，由于抵消激子能量和交换自能校正的变化。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Overbias photon emission from light-emitting devices based on monolayer transition metal dichalcogenides
基于过渡金属二硫属化合物（TMD）和其他二维材料的隧道发光器件（LED）是片上光电集成的新平台。这种LED架构的一些物理过程尚未完全了解，特别是光子能量高于所施加静电势的发射，即所谓的过偏置发射。在这里，我们报告过偏置发射的电位是近一半的光学带隙能量在TMD为基础的隧道发光二极管。我们表明，这种发射是不是热的性质，但通过一个双电子相干隧穿过程与激子产生一致。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of spin-nonconserving exciton-phonon scattering in monolayer transition metal dichalcogenides
利用$\textit{ab initio}$方法研究了二维过渡金属二硫族化合物中激子与声子耦合的自旋非守恒弛豫通道。结合$\text{GW}$ -Bethe-Salpeter方程方法和密度泛函微扰理论，计算了单层WSe $_{\text{2}}$中自旋翻转散射的电子-声子和激子-声子耦合矩阵元，并进一步分析了影响这些散射强度的微观机制.我们发现声子可以产生有效的面内磁场，翻转激子的自旋，产生与自旋守恒弛豫互补的弛豫通道。最后，我们计算了自旋翻转激子-声子弛豫时间随温度的变化。我们的方法和分析可以推广到研究其他二维材料，并将刺激自旋翻转激子弛豫动力学的实验测量。
2022-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detuning dependence of high-order harmonic generation in monolayer transition metal dichalcogenides
从理论上研究了单层过渡金属二硫属化物（TMDC）中高次谐波产生的失谐效应。与传统材料中的HHG相比，TMDC显示出相对于入射电场的平行和垂直发射。我们发现这种反常发射可以通过入射电场的频率失谐来人为控制，即，平行和垂直的HHG可以被多光子共振强烈增强。这一独特的现象将为TMDCs中高次谐波的控制提供一条新的途径，并将促进新型光学器件的实现。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism of Ta Dichalcogenide Monolayers Tuned by Strain and Hydrogenation
本文用密度泛函理论研究了应变和氢化对Ta基二硫属化合物（TaX_2; X = S，Se，Te）单分子膜的电磁性质的影响。我们预测了一个复杂的情况下，应变相关的磁相变涉及顺磁，铁磁，和调制反铁磁状态。用氢覆盖两个硫族化物表面之一，将反铁磁/反铁磁TaX 2单层转换为半导体。我们的研究为未来的光电子学和自旋电子学应用开辟了操纵磁特性的新途径。
2015-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Photonic Architectures for Equilibrium High-Temperature Bose-Einstein Condensation in Dichalcogenide Monolayers
半导体微腔极化激元是激子和光子的复合准粒子，出现在强耦合区。作为物质和光的量子叠加态，极化激元具有比光子强得多的粒子间相互作用，从而能够实现快速平衡和玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。目前基于一维光子结构的实现，如法布里-珀罗微腔，具有有限的光捕获能力，导致皮秒极化激元寿命。我们证明，理论上，高于室温（高达590 K）的长寿命极化激元在MoSe $_2$单分子膜夹在简单的TiO $_2$为基础的三维光子带隙（PBG）材料的BEC。三维光子带隙诱导非常强的耦合40毫电子伏（拉比分裂62毫电子伏）少至三个dichalcogenide单层。在三维光子带隙中的强光捕获使得长寿命的极化子超流体能够抵抗制造诱导的无序和激子线加宽。
2014-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas physics.optics
Exciton Dynamics in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
自从发现半导体单层过渡金属二硫属化物以来，已经进行了各种实验和理论研究，以寻求理解本征激子布居衰减和谷弛豫动力学。激子衰减时间的报告范围从数百飞秒到十纳秒，而谷去极化时间可以超过一纳秒。然而，目前，在激子辐射和非辐射复合的微观机制上缺乏共识。强激子振子强度导致单个单层的吸收高达20%，这表明超快辐射复合。然而，低的量子产率和大的变化，在报告的寿命表明，非辐射俄歇型过程掩盖了内在的激子辐射寿命。在任一情况下，电子-空穴交换相互作用在激子自旋和谷动力学中起重要作用。在这篇文章中，我们回顾了导致这些结论的实验和理论，并评论了未来的实验，可以补充我们目前的理解。
2016-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust parity-mixed superconductivity in disordered monolayer transition metal dichalcogenides
单层NbSe $_2$在面内磁场超过泡利极限时是一种结状拓扑伊辛超导体，其节点严格位于布里渊区的高对称线上。在这里，我们使用相结合的数值和群论方法在实空间中的非常规超导状态的特点，在单层过渡金属二硫属化物。即使在传统的配对相互作用下，超导态本质上是宇称混合的，并且对现场无序具有鲁棒性。塞曼磁场、强自旋轨道相互作用和电子轨道含量之间的相互作用赋予了独特的超导和拓扑性质。讨论还延伸到强空穴掺杂的MoS $_2$及其相关物。
2018-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Enhancing Multifunctionalities of Transition Metal Dichalcogenide Monolayers via Intercalation of Molecules and Ions
过渡金属二硫属化物（TMDC）单分子膜是一种卓越的多功能材料，具有开发各种新型器件的潜力。然而，观察到的功能往往达不到预期，这阻碍了设备的发展。在这里，我们证明了TMDC单层的光学，催化和热功能都可以大大提高了高达几个数量级的水分子或小阳离子（H+和Li+）之间的单层和底层基板的嵌入。相反，吸附在单层顶部的相同分子或阳离子显示出可忽略的影响。我们还发现了两个主要的作用，插层物种的增强：掺杂的单分子膜和修改的单分子膜与基板的相互作用。这一结果为利用分子或离子的插入来增强TMDC单分子膜的功能性提供了一种通用而方便的策略。
2017-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Tetrons, pexcitons, and hexcitons in monolayer transition-metal dichalcogenides
我们提出了一个全面的理论分析复合激子态掺杂过渡金属二硫属化物单分子膜。利用对分布函数，我们提出了一种在激子态与费米电子相互作用中考虑屏蔽效应的方法。利用屏蔽势，我们分别研究了一个三电子与导带中的一个和两个空穴结合的四电子和双激子。导带空穴表示在三电子附近缺少具有特定量子数的电子。然后，我们分析的hex激子复合物，其中导带空穴促进绑定的三个电子与一个价带空穴。我们介绍了一个简单的模型，从中可以很容易地计算的第三（卫星）电子的结合能的hexexciton复杂。最后，将仿真结果与实验结果进行了比较，指出了分析的不足和成功之处。
2022-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Binding energies and spatial structures of small carrier complexes in monolayer transition metal dichalcogenides via diffusion Monte Carlo
采用基态扩散蒙特卡罗方法研究了二维过渡金属二硫属化物材料中激子、三激子和双激子的结合能和载流子几率分布。我们比较这些结果近似变分计算，以及类似的Monte Carlo计算与简化的载流子相互作用势。我们的研究结果突出了近似方法的成功和失败，以及确定单层过渡金属二硫属化物材料中的小载体络合物的稳定性的物理特征。最后，我们讨论了与最近的实验的协议和分歧点。
2015-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Theory of magnetotrion-polaritons in transition metal dichalcogenide monolayers
本文理论研究垂直磁场对过渡金属二硫属化物单层中带电激子及其极化激元的影响，揭示自旋与轨道效应贡献相当，并阐明磁场导致的有效巨塞曼劈裂机制。
2024-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley splitting in the transition-metal dichalcogenides monolayer via atoms adsorption
本文用第一性原理计算研究了过渡金属二硫属化物单分子膜的谷简并劈裂。当过渡金属原子被吸附到单层膜表面时，系统中引入了局域磁矩。过渡金属原子局域磁矩引起的塞曼效应提高了谷简并度。当我们只能激发一个谷的载流子时，由于谷分裂，可以获得反常电荷、自旋和谷霍尔效应。谷分裂取决于磁化方向，因此可以通过外部磁场连续调谐。这种可调谷分裂提供了一个实用的途径，探索基于自旋和谷自由度的设备范例。
2016-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced modification of low-lying excitons and valley selectivity in monolayer transition metal dichalcogenides
利用量子化学从头算和Bethe-Salpeter方程计算方法研究了过渡金属二硫属化合物中点缺陷缺陷对单层结构光学性质的影响。我们发现，硫族元素空位在价带的准粒子连续谱中引入了未占据的隙内态和占据的共振缺陷态。这些缺陷态产生许多强束缚的缺陷激子，并与原始系统的激子杂交，从而降低谷选择性圆二色性。我们的研究结果提出了一种通过缺陷工程来调节自旋谷偏振和其他光学性质的途径。
2018-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Radiative Lifetimes of Excitons and Trions in Monolayers of Metal Dichalcogenide MoS2
我们目前的结果激子和trions在一个单层的金属二硫属化物二硫化钼的辐射寿命。小的激子半径和大的激子光振子强度导致具有小的面内动量并耦合到辐射的激子的辐射寿命在0.18-0.30 ps范围内。热分布激子的平均寿命线性地依赖于激子温度，并且在小温度下可以在几皮秒范围内，在室温附近可以超过一纳秒。定域激子的寿命在相同的范围内，并且寿命随着定域长度的减小而增加。氚子的辐射寿命在几百皮秒的范围内，并且随着氚子动量的增加而增加。热分布的trions的平均寿命增加的trions温度作为trions获得热能和更大的动量。我们希望我们的理论结果适用于大多数其他2D过渡金属二硫属化物。
2015-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of switchable half semiconductor in d$^{1}$ transition metal dichalcogenide monolayers
我们提出在d $^{1}$组态的三角棱柱过渡金属二硫属化物（TMDC）单分子膜中可以存在半半导体态。在这种状态下，电子和空穴都是自旋极化的，并且共享相同的自旋通道。在杂化密度泛函理论的基础上，我们特别预言VS $_2$单分子膜是具有直接带隙的半导体。此外，我们还发现VS $_2$的导电电子自旋取向在适度的应变下发生转变。因此，我们的预测打开了有趣的可能性VS $_2$在自旋电子学和光电子学的应用。我们的分析三角棱柱族-V MX $_2$（M=V，Nb，Ta; X=S，Se，Te）单层揭示了广泛的多样性的电子状态，可以定性地理解在本地化的$d$电子。
2015-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Trion Formation Dynamics in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们报告带电激子（trion）的形成动力学在掺杂的单层过渡金属二硫属化物（TMD），特别是二硒化钼（MoSe 2），使用共振双色泵浦探测光谱。当共振泵浦激子跃迁时，通过激子-电子相互作用在皮秒时间尺度上产生激子。当泵浦能量从非均匀加宽激子共振的高能量侧调谐到低能量侧时，trion形成时间增加约50%。这一特点可以解释为在无序势中存在局域和离域激子，并表明在TMD中存在激子迁移率边缘。准粒子的形成和转换过程对于解释TMD中的光致发光和光电导是非常重要的。
2015-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT+U Investigation of magnetocrystalline anisotropy of Mn-doped transition-metal dichalcogenides monolayers
掺杂的过渡金属二硫属化物单层膜表现出令人兴奋的磁性，有利于二维自旋电子器件。采用密度泛函理论（DFT）结合Hubbard型修正（DFT $+U$）来解释电子相关，研究了Mn掺杂MS $_2$（M=Mo，W）单分子膜的磁晶各向异性能（MAE）.在Mn掺杂WS $_2$（MoS $_2$）单层的情况下，单个隔离的Mn掺杂剂表现出35 meV（8 meV）的大的垂直磁各向异性。该值源于Mn面内轨道由于自旋-轨道耦合引起的简并提升。在成对掺杂中，与单一Mn掺杂相比，磁化易轴改变为具有弱MAE的面内方向。我们的研究结果表明，稀释的Mn掺杂MS $_2$单层，其中Mn掺杂剂被很好地分离，可能是一个潜在的候选人实现最终的纳米磁体单元。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Neutral and Charged Excitons in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们提出了一个微观理论的中性激子和带电激子（trions）在单分子膜的过渡金属dichalcogenides，包括二硫化钼。我们的理论是基于激子和trions的有效质量模型，参数化从头计算，并纳入适当的治疗筛选在两个维度。计算的激子结合能与基于Bethe-Salpeter方程的高水平多体计算结果吻合得很好。此外，我们的计算更复杂的trion物种比较非常有利的最近的实验测量，并提供原子洞察的微观特征，确定trion结合能。
2013-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic studies of atomic defects and bandgap renormalization in semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides
评估原子缺陷态及其对二维范德华半导体过渡金属二硫属化物（SC TMD）的电子性质的影响是促进利用这些低维材料的下一代电学和光学器件应用的多学科努力的主要任务。在这里，我们利用电子隧穿和光学光谱测量，利用密度泛函理论，在光谱上定位了四个代表性的单层SC TMD中的硫属原子空位的中间带隙态（MoS2，WS2，MoSe2，WSe2），仔细分析了四种不同材料中原子缺陷的相似性和不同性，以及缺失硫族元素原子的物理来源和对SC mTMD的影响特性.此外，我们解决了准粒子和光学能隙的SC mTMD薄膜，并发现许多机构的相互作用显着扩大准粒子的能隙和激子的结合能，当半导体单层封装由非相互作用的六方氮化硼层。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unidirectional valley-contrasting photo-current in strained transition metal dichalcogenide monolayers
我们研究了单轴应变的过渡金属二硫属化物单分子膜的完整的静态非线性光学响应，在导带中掺杂有限的载流子密度，在无序的存在下。我们发现，习惯的移位电流被抑制，但我们确定了一个强大的，谷依赖的非互易性响应，我们的术语\textit{unidirectional valley-contrasting photo-current}（UVCP）。这种直流电流源于应变和Kramers对称性破缺的三角翘曲的组合效应，而由于各个谷的贡献可以通过磁化在它们之间引入能量偏移来分离。后一个事实使人们能够监测谷间过渡。UVCP与迁移率成正比，并且通过激子库仑相互作用和谷间散射以及顶栅偏压来增强。我们讨论检测策略在国家的最先进的实验。
2022-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange-mediated exciton splitting and linear dichroism in monolayer transition metal dichalcogenide induced by ferroelectric substrates
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
通过第一性原理静电嵌入方法和大规模GW加Bethe-Salpeter方程计算，预测了铁电扭曲双层hBN衬底支撑的单层TMD中出现的新型激子，包括光学暗的电荷转移激子和具有线性光学二色性的准一维Wannier激子，并通过层间交换相互作用实现了约3 meV的谷简并激子分裂。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topologically stable bimerons and skyrmions in vanadium dichalcogenide Janus monolayers
我们从第一性原理出发研究了Janus构型的1 T-二硫属钒单分子膜（VSeTe、VSSe和VSTe）的磁相图。的磁交换，磁晶各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ZH）的计算使用密度泛函理论计算，而温度和场依赖的磁相图模拟使用大规模的原子自旋模型中存在的热涨落。通过平均拓扑电荷与磁化率及其导数的交叉分析，确定了磁性有序相和顺磁相之间的边界。我们发现，在这样的Janus单分子膜，ε是大到足以稳定非平凡的手性纹理。在VSeTe单层中，对于面内场配置，非对称双分子晶格态是稳定的，而对于面外场配置，则形成skyrmion晶格。在VSSe单层中，Skyrmion晶格对于面外场配置是稳定的。这项研究表明，非中心对称的范德华磁性单层膜可以支持接近室温的拓扑纹理。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of mechanical and electronic properties of bent monolayer transition metal dichalcogenides
采用强约束和适当赋范（SCAN）的meta-GGA（MGGA）方法，通过第一性原理计算，研究了过渡族IV、VI和X的过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜在机械弯曲作用下的力学和电学性质. SCAN提供了TMD单层的相稳定性的准确描述。我们计算的晶格参数和其他结构参数与实验符合得很好。我们发现，弯曲刚度（或抗弯刚度）增加的过渡金属组从IV到X到VI，与PdTe $_2$的例外。讨论了力学性质（局部应变、物理厚度）和电子性质（局部电荷密度、能带结构）随弯曲曲率的变化。在机械弯曲下，这些TMD单层的局部应变分布是高度不均匀的。机械弯曲不仅调谐TMD单层的厚度，而且还调谐局部电荷分布以及能带结构，为这些材料添加更多的功能化选择。
2019-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous breaking of time-reversal symmetry at the edges of 1T' monolayer transition metal dichalcogenides
利用密度泛函理论计算和格林函数方法，研究了三种单层过渡金属二硫属化物（TMD）：MoS $_2$，MoTe $_2$和WTe $_2$的1T'相的不同边缘上存在非共线自旋织构的磁边缘态.磁态是无隙的，并伴随着时间反演对称性的自发破缺。这可能会对利用WTe $_2$作为量子自旋霍尔绝缘体的前景产生影响。先前已经提出，可以通过施加垂直电场来切断1T ′ TMD的拓扑保护边缘状态。我们确认与完全自洽的DFT计算，拓扑边缘状态可以被关闭。所研究的磁边缘状态被认为是鲁棒的，并且在施加场时保持无间隙。
2019-04-26 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
Morphology Control of Epitaxial Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
为了推进过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜的基本理解和最终应用，必须开发合成高质量单层样品的能力。然而，分子束外延（MBE），一种用于制造常规半导体的最高质量外延膜的领先技术，当应用于单层TMD的范德华生长时，通常仅产生小晶粒尺寸和次优形态。在这里，我们提出了一个系统的研究吸附原子的迁移率，生长速率，和金属：硫族元素通量的影响，NbSe 2，VSe 2和TiSe 2的生长使用MBE。通过这一点，我们确定的关键驱动程序和影响的吸附原子动力学控制的外延生长的TMD，实现四个不同的形态的生长的化合物。我们使用它来确定优化的生长条件，用于制造高质量的单层，最终实现迄今为止通过MBE生长实现的单层TMD的最大晶粒尺寸。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Orientation dependence of high-harmonic generation in monolayer transition metal dichalcogenides
从理论上研究了单层过渡金属二硫属化物（TMDC）中高次谐波产生（HHG）的取向依赖性。我们发现，不同于传统的固态和原子层状材料，如石墨烯，平行和垂直的发射相对于入射电场存在于TMDC。有趣的是，平行（垂直）发射主要只包含奇（偶）阶谐波。两个谐波在晶体学取向上显示出相同的周期性，但相位相反。这些特殊的行为可以理解的基础上的偶极矩在TMDC，它反映了原子轨道和晶格结构的对称性。我们的研究结果与最近的实验结果在定性上是一致的，并为固态材料的高次谐波光谱提供了可能性。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Temperature effects in topological insulators of transition metal dichalcogenide monolayers
University of Cambridge（剑桥大学）
研究发现MoSe₂在室温下具有良好的热稳定性，而WS₂的拓扑序可通过应变和温度调节，二者均为新型温度促进拓扑绝缘体。
2023-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Symmetry-dependent exciton-exciton interaction and intervalley biexciton in monolayer transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜的多谷能带结构产生谷内和谷间激子。人们已经对这些激子有了很多了解，但基本问题仍然存在，例如如何用它们的相关性在一个统一的图像中描述它们，来自不同谷的激子如何耦合形成谷间双激子？为了解决这个问题，我们从两个激子的组成载流子-费米子之间的相互关联导出激子哈密顿量。通过点对称群的不可约表示识别激子，我们发现它们的成对相互作用依赖于相互作用激子的对称性。除了来自不同谷的激子相互吸引形成谷间双激子的情况外，它通常是排斥的。我们建立了双激子结合能与激子质量和材料及周围环境的介电特性之间的半解析关系。总的来说，通过深入了解不同激子的性质及其相关性，我们的理论模型捕获了激子相互作用特性，允许对单层TMD中谷间双激子的结构和能量特征进行全面描述。
2021-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Photoluminescence from Dark Excitons in Monolayers of Transition Metal Dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）的光致发光（PL）光谱显示了亮激子线以下的大量发射峰，但尚未解释所有的发射峰。在这里，我们研究了声子辅助动量暗激子重组的发射轨迹。为此，我们发展了一个微观理论，描述同时激子，声子和光子相互作用，包括一致的多粒子退相。我们解释了由于亮态和暗态的不同配置，在钨基和钕基材料中亮激子下面的PL有很大不同。在良好的协议与实验中，我们表明，WSe $_2$表现出清晰可见的低温PL信号来自声子辅助动量暗激子的复合。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin and valley physics in monolayers of MoS2 and other group-VI dichalcogenides
我们发现，反转对称性破缺与自旋轨道耦合导致耦合自旋和谷物理在单层的二硫化钼和其他VI族dichalcogenides，使可能的控制自旋和谷在这些二维材料。在价带边缘的自旋-谷耦合抑制自旋和谷弛豫，因为谷对比自旋分裂单独禁止每个指数的翻转。谷霍尔效应和自旋霍尔效应同时存在于电子掺杂和空穴掺杂体系中。光学带间跃迁具有依赖于频率的偏振选择规则，其允许具有谷和自旋指数的各种组合的载流子的选择性光激发。光致自旋霍尔和谷霍尔效应可以在样品边界上产生长寿命的自旋和谷积累。这里讨论的物理提供了一条路线，在多谷材料与强自旋轨道耦合和反转对称性破缺的valleytronics和自旋电子学的集成。
2012-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory and Ab Initio Computation of the Anisotropic Light Emission in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMDC）是一种直接带隙半导体材料，具有独特的发光潜力。然而，它们的光致发光（PL）还没有完全被理解。我们计算了单层TMDC中的辐射复合率作为光子发射方向和偏振的函数，并使用从头算Bethe-Salpeter方程获得了不同激发情况下PL的极坐标图。我们发现，激子在量子叠加态的K和K'不等谷发光各向异性复合后。我们的结果可以解释最近实验中测得的PL各向异性和偏振依赖性，并预测新的发光机制。当平均超过发射角和激子动量，我们的新的治疗恢复的温度依赖的辐射寿命，我们以前得到的。我们的工作提供了一个第一性原理的方法来研究二维材料中的光发射。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectrum of Janus transition metal dichalcogenide monolayers WSSe and MoSSe
Janus过渡金属二硫属化物（TMDs）失去了普通TMDs的水平镜像对称性，导致出现额外的特征，例如天然压电性、Rashba效应和增强的催化活性。虽然拉曼光谱是一种必不可少的非破坏性的，相位和成分敏感的工具，以监测材料的合成，Janus单层的拉曼光谱的全面研究仍然缺失。在这里，我们讨论的拉曼光谱的WSSe和MoSSe在室温和低温下测量，近共振和关闭。通过结合偏振分辨拉曼数据与声子色散的计算和使用对称性的考虑，我们确定了四个一阶拉曼模式和高阶双声子模式。此外，我们观察到缺陷激活的声子过程，这提供了一条通往定量评估的缺陷浓度，因此，合成的材料的晶体质量的路线。我们的工作为Janus TMD单分子膜的材料合成、研究和应用奠定了坚实的基础。
2021-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronics with electrically tunable PN diodes in a monolayer dichalcogenide
用于电子学和光电子学的最基本器件之一是PN结，其提供二极管、双极晶体管、光电探测器、LED和太阳能电池以及许多其它器件的功能元件。在传统的PN结中，半导体的相邻p型和n型区域通过化学掺杂形成。然而，具有双极电导的材料允许通过静电门控来配置和修改PN结。这种电气控制使单个设备具有多种功能。在这里，我们报告双极单层WSe 2设备中，两个本地门被用来定义一个PN结内的表WSe 2的排他性。利用这些电可调的PN结，我们展示了理想因子优于2的PN和NP二极管。在光激发下，二极管显示出210 mA/W的光电探测响应度和光伏发电的峰值外量子效率为0.2%，有希望的数字为一个几乎透明的单层片在横向设备的几何形状。最后，我们展示了基于单层WSe 2的发光二极管。这些器件为基于双极性二硫属化物材料的普遍存在的、超薄的、柔性的和几乎透明的光电和电子应用提供了基本的构建块。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of intervalley Coulomb interactions in monolayer transition-metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物中的激子光学跃迁为研究丰富的多体物理提供了独特的机会。最近在单层WSe $_2$和WS $_2$中的实验表明，虽然中性激子和三体复合物的低温光致发光在电子密度升高或强光激发的存在下被抑制，但在光谱的低能量侧出现新的主峰。我提出了一个理论，阐明了这些光学跃迁的性质，显示谷间库仑相互作用的作用。在推导出一个紧凑的动力学形式的库仑势，我计算的自能量的电子，由于他们与这个潜在的相互作用。对于自旋分裂导带的上谷中的电子，自能包括由于交换而引起的适度红移，并且最重要的是，带隙中的相关诱导虚态。后者揭示了单层WSe $_2$和WS $_2$中存在明显的多体相互作用时发光的起源。
2016-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Rashba-Edelstein Effect-Induced Spin-Orbit Torques in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenide/Ferromagnet Bilayers
二维材料的电子和光电性质已经在石墨烯和层状过渡金属二硫属化物（TMD）中被广泛探索。这些二维材料中的自旋电子学可以为未来的电子学提供新的机会，例如，有效地产生自旋电流，这应该能够有效地操纵磁性元件。到目前为止，在二维材料附近的磁性层上的电荷电流感生的自旋电流和自旋轨道矩（SOTs）的定量测定仍然缺乏。本文报道了在单层TMD（MoS $_2$或WSe $_2$）/CoFeB双层复合膜中，电流诱导自旋积累通过Rashba-Edelstein效应产生的大的SOT。对应于SOT的有效自旋电导率几乎与温度无关。我们的研究结果表明，在化学气相沉积生长的大规模单层TMD的电荷-自旋转换可能会导致高的能量效率的磁化反转和方便的设备集成为未来的自旋电子学的基础上的二维材料。
2018-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and magnetic properties of Vanadium-based Janus dichalcogenide monolayers: A first-principles study
利用第一性原理计算研究了VSSe，VSeTe，VSTe单分子膜在2 H和1 T相的结构、电子和磁性. 2 H相在VSSe和VSeTe中是能量有利的，而1 T相在VSTe中能量较低。对于2 H相的V基Janus单层膜，磁各向异性的计算显示出一个简单的平面的磁矩。因此，它们不应表现出铁磁相变，而是Berezinskii-Kosterlitz-无铁磁（BKT）相变。一个经典的XY模型与最近邻耦合估计临界温度（T $_{BKT}$）范围从106 K的VSSe到46 K的VSTe。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
