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
Model Prediction of Self-Rotating Excitons in Two-Dimensional Transition-Metal Dichalcogenides
使用准经典概念的Berry曲率，我们证明了狄拉克激子-一对狄拉克准粒子库仑相互作用的约束-不可避免地具有一个固有的角动量，使激子有效地自旋转。该模型适用于二维过渡金属二硫族化物中的激子，其中的载流子是已知的描述由Dirac-like哈密顿。我们发现，拓扑自旋转强烈修改激子光谱，因此，解决了被高估的二维极化率的难题，以适应早期的光谱测量。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall
Brightening of dark excitons in monolayers of semiconducting transition metal dichalcogenides
我们提出了低温磁光致发光实验，证明了明亮的暗激子的面内磁场$B$施加到不同的半导体过渡金属dichalcogenides的单层。对于WSe $_2$和WS $_2$单分子膜，在亮激子峰以下$\sim$ 50 meV处观察到暗激子发射，并且显示出特征性的双峰结构，其强度随着$B^2$而增长，而对于MoSe $_2$单分子膜没有出现磁场诱导的发射峰。我们的实验还表明，$_2$单层膜具有暗激子基态，其暗-亮激子分裂能量为$\sim$ 100 meV。
2016-12-08 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
Excitonic instability in transition metal dichalcogenides
当过渡金属二硫属化物单分子膜缺乏反转对称性时，其低能单粒子能谱可用倾斜的质量狄拉克哈密顿量来描述。所谓的Janus材料就属于这一类。反转对称性也可以通过施加面外电场或仅仅通过衬底的存在而被破坏。在这里，我们探讨的TMDC单分子膜中的激子缺乏反转对称性的属性。我们发现，激子结合能可以大于电子带隙，使这样的材料有希望的候选人主机难以捉摸的激子绝缘体相。我们还研究了激子对它们的光学电导率的贡献，并讨论了相关的光学选择规则。
2022-06-07 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
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
Phonon-mediated exciton capture in Mo-based transition metal dichalcogenides
定域激子在过渡金属二硫属化合物单分子膜的光学响应中起着至关重要的作用，并且可以作为单光子源用于量子信息技术。虽然这种局域激子的光学性质被广泛研究，离域激子到局域势的超快捕获过程在很大程度上是未探索的。我们通过声学和光学声子进行激子捕获的量子动力学计算，表明有效的捕获发生在超快的时间尺度上。在低温极限下极化子的形成导致更高能量的激子，然后可以有效地捕获激子。我们表明，声学和光学声子的相互作用导致一个有效的扩大能量选择规则。我们的研究提供了一个深刻的理解载流子捕获从二维材料到零维势。
2020-09-10 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
Anisotropic exciton transport in transition-metal dichalcogenides
由于库仑相互作用，过渡金属双硫族化物单分子层中激子本征态是两个谷的相干叠加。耦合到光的横向电模式的激子带具有对于质心动量的抛物线色散，而耦合到横向磁模式的激子带具有抛物线和线性分量。在这项工作中，我们提出了一个实验建议，观察的分散体的线性分量的签名。特别是，它表明，通过泵浦系统与线性偏振光的激子输运是各向异性相比，圆偏振泵浦。我们表明，结果持续存在于现实系统中的中等程度的混乱。最后，我们证明了类似的效果，可以得到正失谐激子极化激元，在不太严格的实验要求相比裸激子的情况下。
2018-03-02 cond-mat.mes-hall
Exciton physics and device application of two-dimensional transition metal dichalcogenide semiconductors
二维VI族过渡金属二硫属化物半导体，如MoS 2、WSe 2等，在红外和可见光谱范围内表现出强的光-物质耦合，并具有直接带隙，使它们成为光学和光电子学中各种应用的潜在候选者。在这里，我们回顾了它们的光学和光电性能，重点是激子物理和器件。由于激子在这些材料中紧密结合，即使在室温下也主导着光学响应，因此本文的第一部分深入研究了它们的性质。我们讨论了非常多才多艺的激子景观，包括明亮，黑暗，本地化和层间激子。在第二部分中，我们概述了光电子器件应用的进展，如电驱动光发射器，光伏太阳能电池，光电探测器和光谷电子器件，再次铭记激子效应的突出作用。最后，我们简要讨论了仍然需要解决的挑战，以充分利用过渡金属二硫属化物半导体在可能的激子为基础的应用的潜力。
2019-03-07 cond-mat.mes-hall
Dark and bright exciton formation, thermalization, and photoluminescence in monolayer transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）中的库仑相互作用非常强，导致了包括紧密束缚激子形成在内的非常丰富的多粒子物理。除了光学上可接近的亮激子态，这些材料还表现出各种暗激子。由于它们甚至可以位于亮态之下，因此它们对激子动力学、寿命和光致发光具有强烈的影响。虽然最近，暗激子态的存在已被实验证明，但这些态的起源，它们的形成和动力学尚未被揭示。在这里，我们提出了一个微观研究揭示时间和能量分辨的形成和热化的明亮和黑暗的谷内和谷间激子，以及它们对不同的TMD材料的光致发光的影响。我们表明，谷间暗激子，迄今为止广泛忽视在目前的文献中，发挥了至关重要的作用，在钨基TMD引起增强的光致发光和激子寿命在升高的温度下减少。
2017-03-09 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
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
Excitonic Magneto-Optical Kerr Effect in 2D Transition Metal Dichalcogenides Induced by Spin Proximity
本文发展了零磁场下二维过渡金属二硫族化物克尔转角的激子理论。有限克尔角是由铁磁体的存在引起的自旋轨道分裂和邻近交换耦合之间的相互作用引起的。我们比较了激子效应与单粒子理论方法。我们表明，激子的2D材料的性质导致的光学响应函数的频率依赖性的显着变化。我们还发现，激子校正增强的光学响应的两个因素的情况下，二硫化钼在接近钴薄膜。
2020-01-01 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
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
Excitons, trions, and biexcitons in transition metal dichalcogenides: magnetic field dependence
研究了垂直磁场对半导体过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜中激子、三激子和双激子的结合能和结构性质的影响。随机变分方法（SVM）与相关高斯基被用来计算这些少粒子系统的不同属性。此外，我们提出了一个简化的变分方法，支持SVM结果的激子作为磁场的函数。激子的抗磁位移与最近的实验结果进行了比较，我们将这一概念推广到trions和双激子。局部势的波动，我们模型的圆形势阱，上的结合能的trions和双激子的影响进行了研究，发现显着增加这些激子复合物的结合。
2018-05-07 cond-mat.mes-hall
Theory of the Coherent Response of Magneto-Excitons and Magneto-Biexcitons in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
近年来，高质量的、电荷中性的单层过渡金属双硫族化合物在均匀极限下具有窄的激子线宽，为研究激子多体相互作用提供了一个理想的平台。特别是，操纵相干激子-激子相互作用的可能性，管理超快的非线性光学响应，通过施加外部磁场尚未考虑到目前为止。我们解决这个矛盾，提出了一个非线性微观理论的相干限制光激发在存在的平面外，平面内，和倾斜的磁场。具体而言，我们探讨了磁场诱导的激子和双激子精细结构，并计算其振子强度的基础上的海森堡运动方程的形式主义。我们的泵浦探测光谱的微观评价允许解释和预测相干签名在未来的波混合实验。
2020-09-18 cond-mat.mes-hall
Binding energies of exciton complexes in transition metal dichalcogenides and effect of dielectric environment
为了准确地解释过渡金属二硫属化物MoS $_2$，MoSe $_2$，MoTe $_2$，WS $_2$和WSe $_2$中的粒子-粒子关联，用密度泛函理论和路径积分Monte Carlo方法研究了它们的激子、三电子、双激子和激子-三电子复合物.此外，通过修改粒子间的有效相互作用势，研究了介电环境对这些激子复合物性质的影响。计算激子和trion结合能与以前的实验和计算研究是一致的，和较大的系统，如双激子和激子trion复合物被发现是高度稳定的。双激子的结合能类似或高于trion的结合能，但trion的结合能对介电环境的依赖性明显强于双激子。因此，作为环境的介电常数增加的函数，激子-trion复合物“解离”为双激子而不是激子和trion。
2015-11-20 cond-mat.mes-hall
Spectrum of exciton states in monolayer transition metal dichalcogenides: angular momentum and Landau levels
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，构造了一个四带激子哈密顿量.激子波函数的角部分可以从径向部分中分离出来，在零质心动量激子的情况下，通过利用总激子角动量算符的本征态与哈密顿量交换。我们解释了为什么这种方法失败的激子与有限的质心动量或在一个垂直的磁场的存在下，并提出了一个近似来解决这个问题。计算了不同TMD下不同激子激发态的结合能和平均粒子间距离，并与文献结果进行了比较。值得注意的是，我们发现在$\mp K$谷的谷间激子基态具有角动量$j=\pm1$，这是由于分离粒子的赝自旋。计算了激子质量和激子朗道能级，发现磁场会改变相对角动量相反的激子态的简并度。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall
Impact of strain on the excitonic linewidth in transition metal dichalcogenides
已知单层过渡金属二硫属化物（TMD）对外部施加的拉伸或压缩应变高度敏感。特别地，应变可以被利用作为控制TMD的光学响应的工具。然而，在应变下激子效应的作用尚未完全理解。利用第一性原理计算得到的电子和声子色散的应变诱导修改，我们在这项工作中提出了各种TMD材料的应变相关的光学响应的微观见解。特别是，我们解释了最近的实验上的激子线宽的变化，应变TMD和预测其行为的拉伸和压缩应变在低温下。
2018-06-19 cond-mat.mes-hall
Phonon signatures in spectra of exciton polaritons in transition metal dichalcogenides
在高Q光学腔中嵌入过渡金属二硫属化物单层导致形成不同的激子极化激元模式。极化激元受单分子膜中激子-声子强相互作用的影响。我们用一个无时间卷积的主方程来计算声子对极化激元谱的影响。我们讨论了两个分支的线形状对温度和失谐量的非平凡依赖性。特殊的极化激元色散关系导致下极化激元的线宽在很大程度上独立于与声学声子的耦合。对于上极化激元，声学声子导致线性响应中的共振的低能肩。此外，我们分析了非均匀加宽的影响是在低温下的下极化激元线宽的主要贡献。我们的研究结果指向有趣的声子功能的极化激元光谱过渡金属dichalcogenides。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall
Theory of optical absorption by interlayer excitons in transition metal dichalcogenide heterobilayers
本文提出了过渡金属二硫族化合物异质双分子膜层间激子的光吸收理论。该理论解释了小的相对旋转的存在，这些旋转在位于不同层的电子和空穴带之间产生动量转移，以及真实空间中的莫尔图案。由于动量转移，光学活性层间激子位于莫尔布里渊区的拐角处，而不是其中心，并且如果各个层是平移不变的，则将具有椭圆光学选择规则。通过耦合不同质心动量的激子，激子莫尔势能恢复了圆光学选择规则。各种各样的层间激子与两个意义上的圆形的光学活性，并通过扭转角可调的能量，存在于每个谷。最低能量的激子态通常位于激子势能最小值附近。我们讨论了使用莫尔图案来实现几乎相同的量子点的可扩展的二维阵列的可能性。
2018-01-17 cond-mat.mes-hall
Valley-selective confinement of excitons in transition metal dichalcogenides with inhomogeneous magnetic fields
该研究针对二维过渡金属二硫化物体系，利用磁化铁磁结构边界的非均匀磁场，基于塞曼效应实现了激子的能谷选择性空间局域，且该分离可通过圆偏振光探测、多参数可调。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall
Analytical description of the 1s exciton linewidth temperature-dependence in transition metal dichalcogenides
我们得到了过渡金属二硫属化物中1 s激子的线宽随温度变化的解析表达式。作为温度的函数，总线宽由三个贡献主导：（i）辐射衰减（基本上与温度无关）;（ii）声子诱导的谷内散射;（iii）声子诱导的谷间散射。我们的方法使用变分\emph{Ansatz}来解决Wannier方程允许的激子问题的分析处理，包括衰减动力学的速率。我们的结果与文献中已经存在的实验数据吻合良好，并且可以用于容易地预测在任意温度下激子二维材料的宽类中的总线宽的值。
2021-04-08 cond-mat.mes-hall
Fast Exciton Annihilation by Capture of Electrons or Holes by Defects via Auger Scattering in Monolayer Metal Dichalcogenides
二维金属二硫族化物中强的库仑相互作用和小的激子半径可以导致由俄歇过程产生的中隙缺陷对激子的电子和空穴的非常快的捕获。在这里考虑的俄歇过程中，激子在缺陷位置处被湮灭，电子（或空穴）被缺陷捕获，并且空穴（或电子）被散射到高能量。在激子的情况下，发现彼此靠近的电子和空穴的概率与自由的不相关电子和空穴的情况相比提高了许多倍。因此，对于在$10^{11}$ - $10^{12}$ cm $^{-2}$范围内的载流子密度，来自金属二硫属化物中激子的俄歇散射的缺陷的载流子捕获速率可以是不相关电子和空穴的100-1000倍。我们计算了缺陷对电子和空穴的俘获时间，并表明俘获时间可以在亚皮秒到几皮秒的范围内。的捕获率表现出线性以及二次依赖于激子密度。这些快速的时间尺度同意与最近的实验观察，并指出控制金属二硫属化物的光电应用中的缺陷的重要性。
2014-12-08 cond-mat.mes-hall
On the Exciton Fine-Structure of Transition-Metal Dichalcogenides Mono-Layers
为了讨论过渡金属二硫族化合物单层膜中激子的精细结构，首先将激子定义在电子态和空穴态的子空间中，包括最低导带（LCB）和最高价带（UVB）。这两个带在γ点都是自旋简并的。其他国家都被忽视了。由此产生的激子状态分析的框架中的一个不变的扩展模型哈密顿量：自旋轨道耦合的导带和价带模拟通过引入一个虚构的磁场，引起分裂的电子和空穴的状态以外的$Γ$-点。然后在激子哈密顿量中引入电子-空穴交换相互作用。这是由于在激子问题中，电子和空穴是不可区分的粒子。在D3h晶体对称性中，这种电子-空穴交换相互作用有两种不同的贡献：第一项解释了所有激子态的能量重新归一化，第二项不影响光学活性（自旋单重态）态，但只影响光学非活性（自旋三重态）态，它们混合在不同的激子系列之间。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall
Strong Valley Zeeman Effect of Dark Excitons in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides in a Tilted Magnetic Field
研究了单层过渡金属二硫属化物（TMD）的激子光致发光（PL）谱随外加磁场倾角的变化关系。从一个四带哈密顿量，我们构建了一个理论，定量再现现有的实验PL谱垂直和面内磁场。在存在倾斜磁场的情况下，我们证明了暗激子PL峰由于磁场的面内分量而变亮，并且由于磁场的垂直分量而对于具有不同圆偏振的光分裂。这种分裂是钨基TMD中亮激子峰分裂的两倍多。我们提出了一个实验装置，将允许访问的PL光谱中的暗激子峰的预测分裂。
2018-02-22 cond-mat.mes-hall
Topological exciton bands and many-body exciton phases in transition metal dichalcogenide trilayer heterostructures
本文提出通过调节扭曲角，在对称TMD异质三层中实现拓扑激子能带，并利用三轨道紧束缚模型揭示交错超流与莫特绝缘体等多体激子相。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall
Exciton condensate in bilayer transition metal dichalcogenides: strong coupling regime
在三个不同的理论水平上分析了单层过渡金属二硫族化物的电子空穴双层系统中的激子凝聚，以解释屏蔽和准粒子重整化。过渡金属二硫属化物的大有效质量使它们处于强耦合状态。在这个制度中，平均场（MF）理论与未屏蔽或屏蔽层间相互作用预测室温冷凝。层间和层内相互作用重整化的准粒子的色散，这种效果是包括在GW近似。重整化反转了从未屏蔽或屏蔽MF理论预测的趋势。在强耦合制度，层内相互作用的序参量和有效质量和载流子密度的功能依赖的大小有很大的影响。
2017-07-21 cond-mat.mes-hall
Signatures of Bloch-band geometry on excitons: non-hydrogenic spectra in transition metal dichalcogenides
固体中电子能带的几何形状可以极大地改变单粒子电荷和自旋输运。我们在这里表明，集体光学激发所产生的库仑相互作用也表现出独特的签名的Berry曲率和量子几何张量。非零的贝里曲率混合并提升了$l \neq 0$态的简并度，导致了轨道塞曼效应的时间反演对称模拟。量子几何张量，另一方面，导致$l$依赖的激子状态，这是类似于兰姆位移的位移。我们的研究结果提供了一个解释的非氢激子光谱最近计算的过渡金属二硫属化物。在数值上，我们发现了Berry曲率诱导的分裂$\sim 10$毫电子伏之间的$2p_x \pm i2p_y$状态的WSe $_2$。
2015-07-14 cond-mat.mes-hall
Theory of moiré localized excitons in transition-metal dichalcogenide heterobilayers
过渡金属二硫属化物异质结构表现出在空间上调制材料平面上的电子结构的莫尔图案。对于某些材料对，这种调制作为一个潜在的景观与深，三角对称井能够局部化层间激子，形成量子发射器的周期性阵列。在这里，我们研究这些莫尔局域激子态和它们的光学性质。通过数值求解三角势约束下相互作用的电子-空穴对的两体问题，计算了不同材料对的局域激子谱。我们推导出光学选择规则的不同家庭的本地化的状态，每个属于一个不可约的潜在的对称群$C_{3v}$表示，并数值估计其偏振分辨吸收光谱。我们发现，局域莫尔层间激子的光学响应是由属于双简并$E$不可约表示的状态。我们的研究结果提供了新的见解的光学性质的人工限制激子在二维半导体。
2021-03-10 cond-mat.mes-hall
Dark-exciton based strain sensing in transition metal dichalcogenides
现代技术中越来越小的高性能设备的趋势需要具有新功能的新型材料。最近出现的原子级薄的二维（2D）材料开辟了超薄和灵活的纳米电子器件的设计的可能性。作为真正的2D材料，它们具有最佳的表面积与体积比，从而对外部变化具有极高的敏感性。这使得这些材料成为传感应用的最佳候选材料。在这里，我们利用单层过渡金属dichalcogenides激子景观的显着不同，提出了一种新的暗激子为基础的超灵敏应变传感器的概念。我们证明了暗-亮-激子分离可以通过应变来控制，这对暗激子态的激活有着至关重要的影响。当施加仅0.05 $\%$应变时，这导致光致发光光谱中暗激子的显著强度变化。预测的高达8000的极高的光学应变计因子是有希望的光学应变传感器的设计。
2018-06-19 cond-mat.mes-hall
Electroluminescence from multi-particle exciton complexes in transition metal dichalcogenide semiconductors
光发射从高阶相关激子状态最近已被报道在hBN封装的单层WSe 2和WS 2光激发时。这些激子复合物被发现是位于动量空间中相对谷中的激子的束缚态，这是一个有前途的特征，可以用于谷电子学或其他新颖的光电子器件。然而，仍然缺乏来自这种激子物质的电驱动光发射。在这里，我们报告电致发光从明亮和黑暗的激子，带负电荷的trions和中性和带负电荷的双激子，产生的脉冲栅极电压，在六方氮化硼封装单层WSe 2和WS 2与石墨烯作为电极。通过调整脉冲参数，我们能够调整两种材料中不同激子种类的发射强度。我们发现从带电的双激子和暗激子的电致发光是作为2.8毫电子伏窄。
2019-03-22 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
Engineering of Neutral Excitons and Exciton Complexes in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers through External Dielectric Screening
为了充分利用过渡金属二硫属化物单层（TMD-ML）的潜力，在这些材料内良好控制地产生原子级尖锐的横向异质结是非常期望的。一个有前途的方法来创建这样的异质结是本地调制的电子结构的本征TMD-ML通过介电屏蔽诱导其周围的材料。为了实现这种非侵入性的方法，需要深入了解这种介电效应。我们报告的调制的激子跃迁在TMD-多层膜的介电环境的影响，包括低k和高k介电材料。我们提出的绝对调谐范围高达37毫电子伏的光学带隙的WSe 2和MoSe 2 MLs和相对调谐范围的顺序为30%的中性激子在WSe 2 MLs的结合能。研究结果表明，WSe 2 ML的电子带隙减少120 meV的可能性，铺平了道路，对介电定义的横向异质结。
2017-05-30 cond-mat.mes-hall
Excitons in planar quantum wells based on transition metal dichalcogenides
利用狄拉克模型和四带模型，解决了过渡金属二硫族化合物单分子层构成的平面量子阱中载流子的尺寸量子化问题.对于激子，电子和空穴在这样的量子阱中的尺寸量子化水平的束缚态，在两种情况下发现能谱：玻尔半径远小于量子阱的宽度（衬底的介电磁导率相对较小）和玻尔半径远大于量子阱的宽度（强介电屏蔽的情况）。结果表明，在这两种情况下的能谱是完全不同的。还提出了一种方法的异质结构的合成考虑。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall
Optical Absorption by Indirect Excitons in a Transition Metal Dichalcogenide Double Layer
我们计算的结合能，跃迁能，振子强度，间接激子在过渡金属二硫属化物（TMDC）的双层分离的整数个六方氮化硼（h-BN）单层的吸收系数。的吸收因子，一个无量纲的量，它给出了分数的间接激子吸收的双电层中的入射光子，进行评估。上述光学量是从基态到前两个激发态的跃迁得到的。所有的量作为层间分离的函数进行研究，这可以通过改变TMDC层之间的h-BN单层的数量来实验控制。计算是通过使用激子波函数和本征能量获得的Keldysh势。对于每种材料，我们选择了激子约化质量和介电屏蔽长度的组合，从现有的文献中给出了最大和最小的间接激子结合能。这些材料参数的组合提供了所有数量的上限和下限。我们的发现可以通过双光子光谱学进行实验研究。
2018-03-03 cond-mat.mes-hall
Phonon-assisted exciton and trion conversion efficiency in transition metal Dichalcogenides
光致发光光谱表明，单层过渡金属二硫属化物（MLTMDC）具有带电激子结合能，与光学声子的能量非常相似。这种神秘的巧合提供了机会，调查trion，激子和声子之间的多体相互作用，并导致有效的激子反斯托克斯过程的激光制冷和能量收集的潜力。在这项研究中，我们表明，在WSe 2材料中，trion结合能匹配两个声子模式，outofplane HP和in-plane LO模式。在这方面，使用费米黄金法则结合有效质量近似，我们研究了激子和trion之间的人口转移率，介导的单个声子。我们表明，虽然两个声子模式的上转换过程中的绝对重要性强烈依赖于实验条件，如温度和介电环境（基板），这两种模式导致的时间尺度上的上转换过程在几皮秒到亚纳秒的范围内，与最近的实验结果一致。在我们的研究中，还研究了共轭过程，作为温度和电子密度的函数。我们证明了激子到氚子的下转换过程在低电子密度和高温下是不可能的，而在低温和电子密度下，下转换过程急剧增加，达到几皮秒的时间尺度。最后，我们的研究结果表明，转换过程发生更迅速地在示范性单层的铼基二硫属化物（MoSe 2和MoTe 2）比钨二硫属化物。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall
Radiative and Non-Radiative Exciton Energy Transfer in Monolayers of Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
本文研究了二维过渡金属二硫属化物（TMD）中激子间的层间能量转移速率。我们认为辐射（介导的真实光子）和非辐射（介导的虚光子）的能量转移机制，使用统一的格林函数的方法，考虑到修改的激子能量色散的相互作用的结果。与TMD中的激子相关的大的光学振子强度导致非常快的能量转移速率。能量转移时间取决于激子动量、激子线宽和层间分离，并且可以在小于100飞秒到大于几十皮秒的值的范围内。在光锥内部，纵向激子和横向激子的能量传递速率相当，而在光锥外部，纵向激子的能量传递速率远远超过横向激子的能量传递速率。纵向和横向激子的热系综的平均能量转移时间是温度依赖性的，并且对于小于10 nm的层间间隔，在室温下可以小于皮秒。局域激子的能量转移时间范围从小于一皮秒到几十皮秒。当激子散射和退相速率较小时，能量传递动力学表现出相干振荡。我们的研究结果表明，电磁层间能量转移可以是一个有效的机制，TMD单分子膜之间的能量交换。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall
Symmetry governed valley-pseudospin textures of the full-zone excitonic bands of transition-metal dichalcogenide monolayers
在光激发的过渡金属二硫属化物单分子膜（TMD-ML）中保持激子的高度谷极化对于基于谷的光子应用是理想的，但被广泛认为是一个困难的任务，受到固有的电子-空穴交换相互作用的阻碍。在这项研究中，我们提出了一个全面的研究谷极化的有限动量激子在WSe $_2$ -MLs在整个布里渊区通过求解密度泛函理论（DFT）为基础的Bethe-Salpeter方程（BSE）的对称性分析的指导下。我们发现，有限动量激子实际上是在一般情况下，以及从交换诱导的谷去极化免疫，除了那些特定的激子动量方向与轴相一致的$3σ_v$和$3C_2'$对称性在TMD-ML。受对称性的支配，动量空间中的全区域激子带的谷赝自旋织构局部地由单个Skyrmion状结构表征，其中高度谷极化的有限动量激子态集中在该结构中。值得注意的是，我们表明，高程度的谷极化的有限动量激子状态是非常好地转移到所产生的声子辅助光致发光的光学偏振，这表明这些谷间激子在谷为基础的光子学的前景有用。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall
Phonon-induced Markovian and non-Markovian effects on absorption spectra of moiré excitons in twisted transition metal dichalcogenide bilayers
Institute of Solid State Theory, University of Münster（明斯特大学凝聚态理论研究所）；Department of Physics, University of Münster（明斯特大学物理系）
研究揭示了扭曲双层中莫尔激子的声子耦合随扭角变化，影响吸收光谱特性，发现小扭角时非马尔可夫极化动态主导，大扭角时马尔可夫过程主导，同时多条激子带散射影响吸收峰。
2026-01-09 cond-mat.mes-hall
Coherent Interaction of 2s and 1s Exciton States in Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers
本文利用飞秒泵浦-探测光谱研究WSe2和MoSe2单层中2s与1s激子态的相干相互作用，发现二者排斥作用强度与1s-1s相当，并证实了2s-1s双激子束缚态的存在及其结合能。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall
The key role of non-local screening in the environment-insensitive exciton fine structures of transition-metal dichalcogenide monolayers
在这项工作中，我们提出了一个全面的理论和计算研究激子精细结构的WSe $_2$ -单层，最有名的二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD的），在各种介质层环境中，通过解决基于第一性原理的Bethe-Salpeter方程。虽然原子级薄纳米材料的物理和电子性质通常对周围环境的变化很敏感，但我们的研究表明，介电环境对TMD-ML的激子精细结构的影响是令人惊讶的有限。指出库仑屏蔽的非定域性对抑制介电环境的影响，并使TMD-ML的亮激子（BX）态和各种暗激子（DX）态之间的精细结构劈裂显著收缩起着关键作用。二维材料中屏蔽的有趣非定域性可以通过BX-DX分裂与激子结合能之间的可测量的{ \it非线性}相关性来表现，其中激子结合能随周围介电环境的变化而变化。所揭示的环境不敏感的激子精细结构的TMD-ML的建议的鲁棒性的未来的暗激子为基础的光电子学对不均匀的介电环境的不可避免的变化。
2023-02-22 cond-mat.mes-hall
Phonon-assisted Exciton Dissociation in Transition Metal Dichalcogenides
针对TMDs光电器件中激子解离限制性能的问题，提出基于密度矩阵的微观模型研究弱电场下的声子辅助激子解离机制，揭示了激子动力学路径与解离通道，并明确了器件量子效率与响应时间的本征极限及外部可调性。
2020-09-23 cond-mat.mes-hall
Phonon Sidebands in Transition Metal Dichalcogenides
激子在单层过渡金属二硫属化合物（TMD）的光学性质中起主导作用。除了光学上可接近的亮激子态，TMD还表现出大量的光学禁戒暗激子。在这里，我们表明，有效的激子-声子散射耦合明亮和黑暗的状态，并产生一个不对称的激子线的形状。观察到的不对称性可以追溯到声子诱导的边带，伴随着极化子红移。我们提出了一个联合的理论-实验研究调查这些边带在不同的TMD材料考虑到内和谷间散射通道的光学和声学声子打开的微观起源。所获得的见解有助于更好地了解这些技术上有前途的纳米材料的光学指纹。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall
Dark excitons and the elusive valley polarization in transition metal dichalcogenides
提出了一个速率方程模型的黑暗和明亮的激子动力学解释了广泛的变化，在不同的TMD单分子膜中观察到的PL发射的圆偏振度。我们的工作表明，暗激子状态发挥了重要的，以前没有想到的作用，在确定的PL发射的偏振度。暗激子基态为谷极化提供了鲁棒的储集器，其试图经由谷内亮暗激子散射机制来维持相同谷中的亮激子态的玻尔兹曼分布。MoSe $_2$中圆偏振度对激发失谐能的依赖关系表明，对于TMD中的谷间散射，电子-空穴交换相互作用比双LA声子发射机制占主导地位。
2017-01-17 cond-mat.mes-hall
Identifying optical signatures of momentum-dark excitons in transition metal dichalcogenide monolayers
过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜（ML）具有丰富的光致发光光谱，与直接带隙半导体的带间光跃迁有关。在吸收光子时，具有零质心动量的直接激子由导带中的光激发电子和相同谷的价带中的相应未占据态形成。这种动量直接激子的不同自旋构型以及它们的带电对应物为二维材料中的自旋谷和微腔物理提供了一个强大的平台。然而，相应的光谱特征，是不足以解释的动量- \textit{direct}激子单独的基础上，ML TMD的光致发光光谱中观察到的主要特征峰。在这里，我们表明，动量- \textit{indirect}激子的概念是很重要的理解的多功能的光致发光功能。考虑到声子辅助的辐射复合途径的电子和空穴从不同的山谷，我们解释不明峰的发射光谱作为声学和光学声子边带的动量暗激子。我们的方法将有助于解释的光学，谷和自旋现象所产生的明亮和黑暗的激子流形的TMD。
2017-10-25 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
Interlayer exciton polaritons in homobilayers of transition metal dichalcogenides
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
通过微观Wannier-Hopfield模型，研究在法布里-珀罗腔中MoS₂同质双层支持具有大层间激子贡献的极化激元，并探索通过腔长调谐实现层间激子占比超过90%甚至100%的条件。
2022-12-06 cond-mat.mes-hall
Fine structure of $\mathrm{K}$-excitons in multilayers of transition metal dichalcogenides
反射率和磁反射率的实验与理论建模的基础上的$\mathbf{k\cdot p}$的方法已被用来研究直接带隙激子的演变的MoS $_2$层的厚度范围从单层到三层。在MoS $_2$多层膜中观察到的额外激子共振是由于层间耦合引起的各子层Bloch态的杂化而出现的。这种激子在双层和三层中的性质根据相应晶体的对称性进行分类。报道的激子共振的层间和层内特征是指纹与磁光测量：激子$g$ -相反的符号和不同的振幅的因素，揭示了这两种类型的共振。描述的自旋-轨道相互作用的强度的参数估计为双层和三层MoS $_2$。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall
Interlayer excitons in double-layer transition metal dichalcogenides quantum dots
本研究利用含库仑相互作用的低能有效哈密顿量与精确对角化等方法，分析双层过渡金属二硫化物量子点的层间激子特性，揭示磁场、层间距、材料等的影响及双激子作用规律，为激子调控和光学器件应用提供依据。
2024-08-14 cond-mat.mes-hall
Spin-flip processes and radiative decay of dark intravalley excitons in transition metal dichalcogenide monolayers
本文对过渡金属二硫属化物单分子膜中暗谷内激子的辐射衰减进行了理论研究。这种衰变必然涉及电子自旋翻转。由于垂直于单层平面的带间自旋翻转偶极矩的固有衰减机制，给出了比亮激子的衰减速率小约100- 1000倍的衰减速率。然而，我们发现，这种机制也引入了一个能量分裂，由于本地场效应，和整个振子强度包含在较高的能量分量，而最低能量的状态仍然是黑暗的，需要一个外在的自旋翻转机制的衰减。由于垂直电场或电介质衬底的Rashba效应，给出了可忽略的辐射衰减速率（比亮激子的辐射衰减速率慢约$10^7$倍）。在足够强的面内磁场中，由于塞曼效应引起的自旋翻转可以给出与由于本征带间自旋翻转偶极子引起的衰减速率相当的衰减速率。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall
