Spin-Conserving Resonant Tunneling in Twist-Controlled WSe2-hBN-WSe2 Heterostructures
我们研究异质结构的层间隧穿由两个钨二硒化物（WSe 2）单层与控制旋转对齐，并分开的六方氮化硼。在两个WSe 2单层旋转排列的样品中，我们观察到共振隧穿，表现为在零层间偏压附近的大电导和负微分电阻，这源于能量和动量守恒隧穿。由于自旋-轨道耦合导致耦合的自旋-谷自由度，两个WSe 2单层之间的扭曲允许我们探测隧穿中自旋-谷自由度的守恒。在异质结构中，两个WSe 2单层具有180°的相对扭曲，使得一层的布里渊区与相对层的时间反演布里渊区对齐，层之间的共振隧穿被抑制。这些研究结果提供的证据表明，除了动量，自旋谷自由度也保存在垂直运输。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of the Interlayer Exciton Gases in WSe$_2$ -p: WSe$_2$ Heterostructures
由于电子和空穴的空间分离，层间激子（IX）具有比层内激子长得多的寿命;因此，几十年来一直在追求它们以产生激子凝聚体。最近出现的二维（2D）材料，如过渡金属二硫属化物（TMD），和他们的范德华异质结构（HS），其中两个不同的二维材料层压在一起，创造了新的机会来研究IX。在这里，我们提出了在由hBN/WSe $_2$ /hBN/p：WSe $_2$ /hBN组成的两个堆叠结构内的IX气体的观察。由于TMD层之间hBN间隔层的不同厚度，两种不同结构的IX能量相差82 meV。我们证明了当温度和泵浦功率增加时，IXs的寿命缩短。我们把这种非线性行为归因于俄歇过程。
2020-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transconductance as a Probe of Valley Thermodynamics in Multilayer WSe$_2$
Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS)（物质·材料纳米结构研究センター（MANA），国立物質研究所（NIMS））；Department of Nanotechnology for Sustainable Energy, Kwansei Gakuin University（关西学院大学持続可能エネルギーナノテクノロジー学科）
研究通过跨导探测多层WSe₂中谷间载流子再分布的非线性输运特征，揭示了谷热力学的内部电子自由度，并展示了标准晶体管测量中隐藏的非线性响应。
2026-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley lifetimes of conduction band electrons in monolayer WSe$_2$
二维过渡金属二硫族化合物研究的主要任务之一是谷寿命的测定。在这项工作中，我们结合时间分辨克尔旋转与电输运测量探索单层WSe $_2$的自由导带电子的栅极依赖的谷寿命。当把费米能调谐到导带中时，我们观察到各自的谷寿命的强烈降低，这与自旋轨道和电子-声子散射是一致的。我们解释了谷极化的形成由谷间散射的光激发谷极化亮trions到暗态的散射。此外，我们表明，传统的时间分辨克尔旋转测量方案进行了修改，以考虑光致栅极屏蔽效应。忽视这种适应可能导致从门依赖光学测量得出错误的结论，并且可能完全掩盖真正的门依赖谷动态。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin/Valley pumping of resident electrons in WSe2 and WS2 monolayers
过渡金属二硫属化物的单层是电或光控制自旋和谷自由度的理想材料。然而，光激发主要产生具有固有短寿命和自旋/谷弛豫时间的激子物质。在这里，我们证明了一个非常有效的自旋/谷光泵浦的居民电子在n掺杂的WSe 2和WS 2单层。我们观察到，使用连续波激光和适当的掺杂和激发密度，负三重态双谱线表现出相反的符号的圆偏振和三重态三重态的光致发光强度是四倍以上，与线性激发与圆激发。我们解释我们的结果作为一个大的动态极化的居民电子使用圆形光的结果。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate controlled spin-valley locking of resident carriers in WSe2 monolayers
使用时间分辨克尔旋转，我们测量的自旋/谷动力学的居民电子和空穴在单电荷可调单层的原型过渡金属二硫属化物（TMD）半导体WSe 2。在n型制度，我们观察到长（70 ns）的极化弛豫的电子是敏感的面内磁场$B_y$，表明自旋弛豫。与此形成鲜明对比的是，非常长（2微秒）的极化弛豫的孔被发现在p型制度，这是不受$B_y$，直接确认长期以来的预期强自旋谷锁定的单层TMD的价带的空穴。在连续波克尔谱和Hanle测量的支持下，这些研究提供了单层TMD中载流子极化动力学的统一图像，这可以指导未来valleytronic器件的设计原则。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Many-body exciton and inter-valley correlations in heavily electron-doped WSe$_2$ monolayers
在单层过渡金属二硫族化物半导体中，当光激发的电子-空穴对（激子）被引入到移动载流子的二维费米海中时，多体关联可以在光谱中表现出来。在低载流子密度下，带正电荷和负电荷的激子（$X^\pm$）的形成被充分记录。然而，在WSe $_2$单分子膜中，在高电子密度下出现额外的吸收共振，通常称为$X^{-\prime}$。它的起源还不清楚。在这里，我们研究了$X^{-\prime}$状态通过极化吸收光谱的静电门控WSe $_2$单分子膜在高磁场到60 T。在$K'$谷中的最低光学活性朗道能级的场诱导填充和排空导致相应光学吸收的重复猝灭。然而，令人惊讶的是，这些猝灭伴随着吸收的变化，在$K'$和$K$谷，这是未被占用的更高的躺朗道水平。这些结果在单粒子图像中是不一致的，并且证明了$X^{-\prime}$准粒子态的多体性质和谷间关联。
2022-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable valley dynamics in twisted WSe$_2$/WSe$_2$ bilayers
扭曲自由度为设计范德华异质结构的电学和光学性质提供了一个强有力的新工具。在这里，我们表明，扭转角可以用来控制过渡金属dichalcogenide双层的自旋谷属性，通过改变在两个层中的谷的动量对齐。具体地说，我们观察到扭曲的WSe $_2$ /WSe $_2$双层的层间激子表现出高（>60%）的圆极化度（DOCP）和长的谷寿命（>40 ns）在零电场和磁场。谷寿命可以通过静电掺杂调节超过三个数量级，使得DOCP能够从n掺杂状态中的~80%切换到p掺杂状态中的<5%。这些结果为可调手性光-物质相互作用开辟了新的途径，使利用谷自由度的新型器件方案成为可能。
2019-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley relaxation of resident electrons and holes in a monolayer semiconductor: Dependence on carrier density and the role of substrate-induced disorder
利用时间分辨的光学克尔旋转，我们测量了剥离的WSe $_2$单分子膜中的电子和空穴的低温谷动力学作为载流子密度的系统函数。为了调和迄今为止报道的单层半导体中载流子谷动力学的许多不同的时间尺度，我们直接比较了具有不同介电环境的两个静电门控WSe $_2$单层中的掺杂依赖的谷弛豫。在完全封装的结构（hBN/WSe $_2$ /hBN，其中hBN是六方氮化硼）中，发现谷弛豫是单指数的。在低载流子密度下，谷弛豫时间$τ_v$相当长（$\sim$ 10~ $μ$ s），但在高电子或空穴密度下迅速减小到小于100~ns（$\gtrsim$ ~cm $^{-2}$）.相反，在直接置于二氧化硅上的部分包封的WSe $_2$单层（hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$）中，载流子谷弛豫在低载流子密度下是多指数的。这种差异归因于来自SiO $_2$衬底的环境无序。出乎意料的是，非常小的面外磁场可以增加$τ_v$，特别是在hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$结构中，这表明由无序诱导的局域态可以在去极化自旋和介导单层过渡金属-二硫族化物半导体中的驻留载流子的谷弛豫中起重要作用。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation and evolution of spin-, valley- and layer-polarized excited carriers in inversion-symmetric WSe2
自旋和谷自由度的操纵是实现新型量子技术的关键一步，原子薄的过渡金属二硫属化物（TMDC）已被确定为有前途的候选者。在单层TMDC中，反转对称性的缺乏引起能带结构的自旋谷相关性，从而允许利用圆偏振光进行谷选择性电子激发。在这里，我们表明，即使在中心对称样品的2 H-WSe 2，圆偏振光可以产生自旋，谷-和层偏振激发态的导带。利用自旋选择性激发的时间和角度分辨光电子能谱（trARPES），研究了受激载流子的谷和层赝自旋的动力学。互补含时密度泛函理论（TDDFT）计算的激发态布居揭示了一个强大的圆二色性的自旋，谷和层极化和一个明显的二维字符的激发态在K谷。我们观察到散射的载流子朝着全球最低的导带上的一个子-100飞秒的时间尺度的状态与三维字符促进层间电荷转移。我们的研究结果建立耦合自旋，谷和层极化状态的中心对称材料的光学控制，并建议适用于valleytronic和spintronic器件概念的TMDC多层材料。
2017-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Up- and Down-Conversion between Intra- and Inter-Valley Excitons in Waveguide Coupled Monolayer WSe2
在单层（1L）过渡金属二硫属化物（TMD）半导体中存在两个自旋分裂谷，支持根据自旋和谷量子数分类的多功能激子物种。虽然自旋为0的谷内激子（称为“亮”激子）很容易观察到，但其他类型的激子，如自旋为1的谷内激子（自旋为暗）和自旋为0的谷间激子（动量为暗）更难以获得。在这里，我们开发了波导耦合1L二硒化钨（WSe2）设备来探测这些激子物种。特别是，TM耦合到原子层的面外偶极矩使我们不仅能够有效地收集，而且还共振填充自旋1暗激子，有望开发具有长谷寿命的设备。我们的工作揭示了几个上转换过程，带来了一个复杂的耦合网络连接自旋0和自旋1谷内和谷间激子，表明谷间散射和自旋翻转是非常常见的过程中的原子层。这些实验结果加深了我们对二硒化钨激子物理的理解，并说明平面光子器件能够利用TMD半导体中的多功能激子物种。
2020-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-Polarized Exciton Dynamics in Exfoliated Monolayer WSe$_2$
半导体过渡金属二硫属化物单分子膜已经成为未来基于谷电子学的量子信息技术的有希望的候选者。通过圆偏振光的照射，可以确定性地初始化这些材料中紧密束缚的电子-空穴对的两种不同的动量态。在这里，我们调查的超快动力学这样的谷极化在单层钨二硒化物通过时间分辨克尔反射计。在我们的样品中观察到的克尔信号完全来自电荷中性激子。我们的研究结果支持的快速衰减的明亮激子的谷极化由于辐射复合，导带内自旋翻转跃迁，间隔散射过程，并形成长寿命的谷极化暗态的图片。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Twist angle dependent interlayer transfer of valley polarization from excitons to free charge carriers in WSe$_2$/MoSe$_2$ heterobilayers
本研究在扭转WSe$_2$/MoSe$_2$异质双层中发现谷极化从激子到自由载流子的扭角依赖层间转移机制，大扭角下谷极化及寿命提升超两个数量级，可实现栅极可调的MoSe$_2$自由载流子谷极化。
2023-05-30 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
Van der Waals Engineering of Ferromagnetic Semiconductor Heterostructures for Spin and Valleytronics
磁性材料与半导体的集成已经成为基础科学的肥沃土壤，并且对信息处理和存储的无缝集成具有极大的实际意义。在这里，我们创建一个铁磁半导体CrI3和WSe2的单层形成的范德华异质结构。我们观察到前所未有的控制自旋和谷赝自旋在WSe2，在那里我们检测到一个大的磁交换场的近13 T和快速切换的WSe2谷分裂和极化通过翻转的CrI3磁化。的WSe2的光致发光强度强烈地依赖于在WSe2和CrI3的磁化光激发自旋之间的相对对齐，由于超快自旋相关的电荷跳跃整个异质结界面。谷赝自旋的光致发光检测提供了一种简单而灵敏的方法来探测有趣的畴动力学在超导磁体，以及丰富的自旋相互作用的异质结构。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Ultrafast Exciton Dynamics and Time-Domain Spectroscopies: Dark-Exciton Mediated Valley Depolarization in Monolayer WSe$_2$
将第一性原理电子-声子（$e$ -ph）相互作用与玻尔兹曼方程相结合的计算使超快载流子和声子动力学的研究成为可能。然而，在具有弱库仑屏蔽的材料中，电子和空穴形成束缚激子，并且它们的散射过程变得相关，这为非平衡物理建模带来了额外的挑战。在这里，我们显示了计算超快激子动力学和相关的时域光谱使用$ab~initio$激子-声子（ex-ph）相互作用与激子玻尔兹曼方程。从非平衡激子布居开始，我们开发了考虑电子空穴相关性的时域吸收和光电发射光谱的模拟。我们用这种方法来研究单层WSe $_2$，我们的计算预测亚皮秒的时间尺度的激子弛豫和谷去极化，并揭示中间暗激子的关键作用。在这项工作中引入的方法，使非平衡动力学和超快光谱的材料与强束缚激子的定量描述。
2022-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent exciton-exciton interactions and exciton dynamics in a MoSe\textsubscript{2}/WSe\textsubscript{2} heterostructure
激子之间的相干耦合是多体相互作用的核心，过渡金属二硫属化物（TMD）异质结构作为研究这些相互作用的新兴平台。我们采用多维相干光谱的单层MoSe \textsubscript{2} /WSe \textsubscript{2}异质结和观察相干耦合激子空间定位在单层MoSe $_2$和WSe $_2$。通过多体光谱，我们进一步观察到了自由层间电子空穴对的吸收态。这一观察结果产生的层间激子结合能约250毫电子伏的光谱测量。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Charge-to-spin conversion in twisted graphene/WSe$_2$ heterostructures
从第一性原理出发，研究了石墨烯/WSe $_2$异质结构中自旋轨道耦合（SOC）邻近效应和电荷-自旋转换（CSC）对扭曲角的依赖性. CSC强烈地依赖于扭转角，旋转霍尔和标准Rashba-Edelstein效率在30°扭转或接近30°扭转时优化。由于扭曲而导致的对称性破坏也引起非常规的拉什巴-埃德尔斯坦效应，其中电生成的非平衡自旋密度具有与所施加的电场共线的自旋。我们进一步讨论了如何载流子掺杂浓度和频带展宽控制费米海和表面自旋响应之间的交叉，这调和了不同CSC现象的看似不同的实验观察。
2022-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct STM Measurements of R- and H-type Twisted MoSe2/WSe2 Heterostructures
当半导体过渡金属二硫属化物异质结构堆叠时，扭曲角和晶格失配导致周期性莫尔电位。随着层间角度的改变，电子特性也会改变。随着角度接近0度或60度，预测会发生有趣的特性和性质，例如带边缘的调制、平坦带和限制。在这里，我们报告的扫描隧道显微镜和光谱测量的带隙和带调制MoSe 2/WSe 2异质结构与近0度旋转（R型）和近60度旋转（H型）。我们发现一个调制的带隙为两个堆叠配置具有较大的调制R型比H型的理论预测。此外，局域态密度图像显示，电子在价带和导带边缘的局域化不同。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasi van der Waals Epitaxy of Rhombohedral-stacked Bilayer WSe2 on GaP(111) Heterostructure
本研究通过分子束外延在GaP(111)B衬底上制备出菱方堆叠双层WSe₂，经多种表征验证其结构与价带特性，为该类异质结构的基础研究与器件应用奠定基础。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Helicity resolved Raman scattering of MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2 atomic layers
二维半导体过渡金属二硫族化合物（TMDC）（Mo，W）（S，Se）2中的二重谷简并度适用于“谷电子学”，即利用谷自由度存储和操纵信息。这些二维晶体单层中发光光子螺旋度的守恒已被广泛认为是载流子谷极化的基准指标。在这里，我们进行螺旋分辨拉曼散射的TMDC原子层。在激烈的对比发光，占主导地位的一阶区中心拉曼带，包括低能量的呼吸和剪切模式，以及较高能量的光学声子，被发现要么保持或完全切换入射光子的螺旋度。这些实验观察，除了提供一个有用的工具，表征TMDC原子层，揭示了光子螺旋度和谷偏振之间的连接新的光。
2015-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Hall Effect Measurement of Spin-Orbit Coupling Strengths in Ultraclean Bilayer Graphene/WSe2 Heterostructures
我们研究了双层石墨烯/少层WSe 2异质结器件中邻近诱导的自旋轨道耦合（SOC）。接触模式原子力显微镜（AFM）清洁产生超清洁界面和高迁移率器件。在垂直磁场中，通过测量量子霍尔效应确定了面外Ising和面内Rashba SOC的Landau能级结构.当采用双栅极独立调节电荷密度和位移场时，会出现明显的Landau能级交叉图案，这源于层选择性SOC邻近效应.通过分析朗道能级交叉点和测量的朗道能级间能隙，得到了邻近诱导的SOC能量尺度。Ising SOC为~ 2.2 meV，比石墨烯中的本征SOC高100倍，而其符号与预测SOC依赖于层间扭转角的理论一致。Rashba SOC约为15 meV。最后，我们推断了朗道能级间库仑相互作用对磁场的依赖性。这些超净双层石墨烯/WSe 2异质结构提供了一个高迁移率的系统，有可能实现新的拓扑电子状态和操纵纳米结构中的自旋。
2019-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical control of a single spin-valley in charged WSe$_2$ quantum dots
控制和操纵单电荷及其内部自由度，如自旋，是纳米科学的一个基本目标，具有很好的技术应用前景。最近，原子级薄的半导体，如WSe $_2$已经成为谷电子学的平台，为谷指数的光、磁和电控制提供了丰富的可能性。虽然在控制载流子系综的谷指数方面已经取得了进展，但是对于谷电子学至关重要的单个电荷的谷控制仍然没有被探索。在这里，我们提供了光学活性WSe $_2$量子点（QD）中具有净自旋的局部空穴的明确证据，并在小磁场下通过激发激光的螺旋度控制其自旋谷态。我们估计的一个单一的电荷在量子点的复合时间的谷寿命的下限是$\sim$纳秒。值得注意的是，中性量子点没有表现出这样的控制，证明了过量电荷在延长谷寿命中的作用。我们的工作将二维谷电子学领域扩展到了单自旋谷的水平，与量子信息和传感应用相关
2018-10-03 cond-mat.mes-hall
Strain-induced valley transport in CrBr$_3$/WSe$_2$/CrBr$_3$ van der Waals heterostructure
该研究提出CrBr$_3$封装WSe$_2$的谷电子器件，利用压缩应变和相对磁化实现约100 meV的可调谷劈裂，并模拟验证自旋-谷电流极化率超过80%。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Valley Polarization-Electric Dipole Interference and Nonlinear Chiral Selection Rules in Monolayer WSe$_2$
本文提出基于二次谐波产生的新方法，可在室温下选择性同时产生和检测单层WSe₂±K能谷的能谷极化，测量非线性极化率相关干涉，展示非线性光学在能谷电子学中的潜力。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong manipulation of the valley splitting upon twisting and gating in MoSe$_2$/CrI$_3$ and WSe$_2$/CrI$_3$ van der Waals heterostructures
通过第一性原理计算，研究了单层过渡金属二硫属化物（TMDC）MoSe $_2$和WSe $_2$中由于VdW耦合到铁磁半导体CrI $_3$而引起的邻近诱导交换耦合的扭曲角和栅极依赖性.一个模型的哈密顿量，捕捉相关的带边在$K/K^{\prime}$谷的接近TMDC，被用来量化的接近诱导的交换。当从0°扭转到30°时，我们发现TMDC价带（VB）边缘交换分裂从约$-2$转变为$2$ meV，而导带（CB）边缘交换分裂在约$-3$ meV处几乎保持不变。对于WSe $_2$（MoSe $_2$）在CrI $_3$上的VB，交换偶联在约8°（16°）处改变符号。我们发现，即使在几乎为零的VB自旋分裂的角度，在带边的实空间自旋极化分布的孔是高度不均匀的，交替自旋和自旋下降轨道。此外，一个巨大的可调谐性的邻近诱导的交换耦合提供了几个V/nm的横向电场。我们补充我们的\textit{ab initio}的结果，通过计算激子谷分裂提供实验验证的光学签名的邻近交换。具体而言，我们预测，谷分裂几乎线性增加的扭曲角的函数。此外，邻近交换通过选通是高度可调的，允许在WSe $_2$ /CrI $_3$中在0至12 meV的范围内定制谷分裂，这相当于高达约60特斯拉的外部磁场。我们的研究结果突出了在实验几何形状中采用磁性VDW异质结构时，扭曲角和门控的重要影响。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High luminescence efficiency of multi-valley excitonic complexes in heavily doped WSe2 monolayer
本文研究重n掺杂WSe2单层，发现多粒子激子复合体使光致发光强度比中性态高两个数量级，量子产率在电子浓度超过10^13 cm^-2时超过50%，为高效原子级薄光发射器开辟新途径。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Interlayer Tunneling and Negative Differential Resistance with High Current Density in Double Bilayer Graphene-WSe2 Heterostructures
我们展示了两个旋转排列的双层石墨烯片之间的栅极可调共振隧穿和负微分电阻由双层WSe 2分开。我们观察到大的层间电流密度为2 μ A/μ m 2和2.5 μ A/μ m 2，和峰谷比接近4和6，在室温和1.5 K，分别是外延生长的共振隧穿异质结构的值。一个很好的协议之间的理论计算使用的洛伦兹谱函数的二维（2D）准粒子状态，和实验数据表明，层间电流主要源于能量和面内动量守恒的2D-2D隧穿，与非弹性或非动量守恒隧穿的贡献最小。我们证明了窄隧穿共振的固有半宽度为4和6毫电子伏，在1.5 K和300 K，分别。
2017-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resolving High-Energy States of Interlayer Excitons in MoSe$_2$/WSe$_2$ Heterostructures
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Institute of Theoretical Physics, University of Regensburg（雷根斯堡大学理论物理研究所）
研究采用光致发光激发光谱，解析MoSe₂/WSe₂异质结构中层间激子的类里德伯高能态，发现其受扭转角影响弱，相关计算验证了共振峰归属，为探测该类高能态提供了实验方法。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
CVD Grown Hybrid MoSe$_2$-WSe$_2$ Lateral/Vertical Heterostructures with Strong Interlayer Exciton Emission
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Technical University Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Ulm University（乌尔姆大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本文通过CVD法合成MoSe₂-WSe₂异质结构，展示其强层间激子发射特性，为二维量子材料的基础研究和应用提供新途径。
2026-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long valley lifetime of free carriers in monolayer WSe2
过渡金属双硫族化合物（TMD）单层膜具有谷自由度、巨自旋轨道耦合和自旋谷锁定等特点。这些奇异的性质激发了人们探索其在概念自旋电子学、谷电子学和量子计算中潜在应用的努力。在所有奇异方向中，自旋和/或谷极化的长寿命是关键的。目前的谷动力学研究主要集中在带边激子的光学响应，由于增强的库仑相互作用在二维。自由载流子的谷寿命仍不明确。在这项工作中，我们使用时间分辨克尔旋转光谱探测单层钨二硒化物中激子和自由载流子的谷动力学。自由载流子的谷寿命在70 K时约为2 ns，比激子的约2 ps长约3个数量级。自由载流子谷寿命的延长证明了交换作用在光激发中占主导地位。泵浦-探测光谱还揭示了单层WSe 2中的激子结合能为0.60 eV。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall
Exciton g-factors in monolayer and bilayer WSe$_2$ from experiment and theory
单层和双层过渡金属二硫属化物半导体的光学性质由不同自旋和谷构型的激子控制，为范德华异质结构和器件提供了多方面的特性。我们目前的实验和理论研究的激子能量分裂在外部磁场中的中性和带电的WSe $_2$单层和双层晶体中嵌入的场效应器件的主动掺杂控制。我们开发的理论方法来计算激子$g$ -因素从第一性原理和紧束缚的所有可能的自旋谷配置的激子在单层和双层WSe $_2$，包括谷间接激子配置。我们的理论和实验研究结果揭示了单层和双层WSe $_2$的一些特征光致发光峰。在更一般的条款，我们的工作的理论方面提供了新的指导方针，表征单层和几层过渡金属dichalcogenides，以及它们的异质结构，在外部磁场的存在下。
2020-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The valley Zeeman effect in inter- and intra-valley trions in monolayer WSe$_2$
单层过渡金属二硫属化物（TMD）利用电子自旋和谷赝自旋的组合，为未来的信息处理应用提供了巨大的希望。这种独特的自旋系统导致观察到谷塞曼效应的中性和带电激子共振下施加磁场。然而，报道的三离子谷塞曼分裂值在研究中仍然高度不一致。在这里，我们利用高品质的hBN封装单层WSe $_2$，使谷间和谷内trion光致发光的同时测量。我们发现每个trion态的谷塞曼分裂只能用三个不同的g因子的组合来描述，一个来自激子样的谷塞曼效应，另外两个是trion特异的，与过量电子的反冲有关的g因子。这个复杂的图像明显超出了中性激子的谷塞曼效应，并且消除了围绕钨基TMD单层中的Trions的磁光响应的不确定性。
2018-11-21 cond-mat.mes-hall
High magnetic field spin-valley-split Shubnikov-de Haas oscillations in a WSe$_2$ monolayer
我们研究了在很高的磁场下p型WSe $_2$单分子膜中的Shubnikov-de Haas振荡。振荡模式是复杂的，由于一个大的自旋和谷分裂，在非完全解决朗道能级制度。我们的实验数据可以用一个主要参数是塞曼能量和回旋能量之比的模型来再现。该模型考虑到朗道水平从两个山谷具有相同的高斯加宽，这允许预测的相对振幅的电阻振荡起源于每个山谷。塞曼能量被发现是几倍大于回旋能量。它转化为一个大的和增加的有效Landé因子的空穴密度降低，在文献中报道的值在较低的载流子密度的连续性。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure-tuned many-body phases through $Γ$-K valleytronics in moiré bilayer WSe$_2$
该研究结合从头算与关联模型方法，探究压力下转角双层WSe$_2$的多体效应，揭示层间距调控K与Γ谷相对能级的机制，构建压力-掺杂相图，证明其可压力调控多种关联相。
2024-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-temperature bipolar valleytronic transistor in MoS2/WSe2 heterostructures
二维半导体中的谷自由度是下一代光电子学的一个有前途的平台。不同谷中的电子可以具有相反的贝里曲率，导致谷霍尔效应（VHE）。然而，没有等离子体结构辅助的VHE仅在低温下报道，限制了其实际应用。在这里，我们报告的VHE在室温下的MoS 2/WSe 2异质结构的观察。我们还发现，在二维异质结构中的VHE的幅度和极性都是栅极可调的。我们将其归因于不同层中电子和空穴的相反VHE贡献。这些结果表明我们的谷电子晶体管的双极传输性质。利用这种栅极可调谐性，我们展示了一个双极valleytronic晶体管。我们的结果可以用来改善谷电子晶体管的ON/OFF比，并实现更多功能的谷电子逻辑电路。
2021-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley-Polarized Quantum Anomalous Hall State in Moiré MoTe$_2$/WSe$_2$ Heterobilayers
Moiré异质双层过渡金属二硫属化物（TMDs）是模拟单带哈伯德模型的理想体系，在这些体系中观察到了有趣的关联相。然而，在异质双层TMD中的莫尔条纹被认为是拓扑上微不足道的。最近，有报道称在AB叠层MoTe $_2$ /WSe $_2$异质双层膜中观察到填充$ν=2$处的量子谷霍尔绝缘态和填充$ν=1$处的谷极化量子反常霍尔态。然而，如何拓扑非平凡的国家出现是未知的。本文提出MoTe $_2$ /WSe $_2$异质双层膜中晶格弛豫引起的赝磁场可以自然地产生有限Chern数的莫尔带。我们证明了当填充两个陈数相反的莫尔带时，在满填充$ν=2$时形成了一个时间反演不变的量子谷霍尔绝缘体。在半充满$ν=1$时，库仑作用使谷简并度升高，并产生谷极化的量子反常霍尔态，实验中观察到了这一现象。我们的理论为在异质双层TMD材料中获得拓扑非平凡态提供了一条新的途径。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Control of Valley Pseudospin in Monolayer WSe2
动量空间中能带的局部能量极值或谷，可以赋予固体中的电子除了真实自旋之外的伪自旋。在过渡金属二硫属化物中，这种谷赝自旋与真实自旋一样，与磁矩相关，磁矩是谷依赖圆二色性的基础，该圆二色性允许谷偏振、谷间量子相干性和谷霍尔效应的光学产生。然而，磁操纵谷赝自旋通过这个磁矩，类似于什么是可能的与真正的自旋，还没有被证明。在这里，我们报告观察谷塞曼分裂和磁调谐的激子谷赝自旋的偏振和相干性，通过执行极化分辨磁光致发光单层WSe 2。我们的测量结果揭示了原子轨道和晶格贡献的谷轨道磁矩，演示了从一个确切的大规模狄拉克费米子模型的带边的偏差在山谷中，并揭示了一个显着的差异中性和带电的谷激子的磁响应这是由于强交换相互作用的激子谱的重整化解释。
2014-07-09 cond-mat.mes-hall
Generation and Electric Control of Spin-Coupled Valley Current in WSe2
层状过渡金属二硫属化物（MX2）中的谷自由度提供了扩展新型自旋电子器件和谷电子器件的功能的机会。由于自旋-轨道耦合（SOC）引起的自旋分裂，两个简并不等价的谷之间的非平衡载流子不平衡实现谷/自旋极化已被成功地从理论上证明并得到光学实验的支持。然而，在MX2中通过谷极化产生谷/自旋电流仍然是难以捉摸的，并且是一个巨大的挑战。在这里，在基于WSe 2的双电层晶体管中，我们展示了自旋耦合谷光电流，其方向和幅度取决于入射辐射的圆偏振度，并且可以进一步大大地利用外部电场进行调制。谷/自旋光电流的这种室温产生和电控制提供了MX2系统中电子的新性质，从而能够实现对量子限制自旋电子器件的新程度的控制。
2014-03-11 cond-mat.mes-hall
Direct Measurement of Exciton Valley Coherence in Monolayer WSe$_2$
在晶体中，动量空间中的能带极值可以通过它们的谷指数来识别。与谷赝自旋指数相关的内部量子自由度可以充当类似于电子电荷或自旋的有用信息载体。近年来，随着石墨烯和过渡金属二硫属化物等原子级薄材料的发现，人们对谷电子学的兴趣又恢复了。然而，谷相干时间，操纵谷赝自旋的关键量，从来没有在任何材料中测量。在这项工作中，我们使用一系列的激光脉冲共振产生的激子（库仑束缚的电子-空穴对）在单层WSe $_2$的相对谷的相干叠加。所施加的谷相干性持续约100飞秒。我们认为，电子-空穴交换相互作用提供了一个重要的退相干机制，除了激子布居衰减。我们的工作提供了关键的洞察力的要求和战略的光学操纵的谷赝自旋未来valleytronics的应用。
2015-09-29 cond-mat.mes-hall
Strong magneto-optical responses of an ensemble of defect-bound excitons in ambient exposed WS$_{2}$ and WSe$_{2}$ monolayers
针对原始TMD单层自由激子磁响应不足的问题，本文通过低温圆偏振磁光致发光实验研究环境暴露WS₂和WSe₂单层，发现缺陷束缚激子系综具有显著能谷分裂和极化，揭示其强磁光响应及磁场操纵发光的潜力。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge detection using a WSe$_2$ van der Waals heterostructure
检测量子器件中的单次充电事件是实现用于量子信息处理的实用量子线路的重要一步。在这项工作中，我们证明了范德瓦尔斯异质结器件与门控纳米收缩在单层WSe 2可以用作附近的量子点的电荷检测器。这些结果开启了在复杂的量子线路中实现基于二维材料的电荷检测方案的可能性。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall
Modulating spin-valley relaxation in WSe$_2$ with variable thickness VOPc layers
本文通过在 WSe$_2$ 上热蒸发不同厚度的 VOPc 分子层，揭示界面紧密束缚态对自旋–能谷极化与弛豫的调控机制。
2024-08-09 cond-mat.mes-hall
Spin diffusion in p-type bilayer WSe$_2$
研究了在Rashba自旋轨道耦合和Hartree-Fock有效磁场作用下，p型双层WSe 2中的稳态面外自旋扩散. Rashba自旋轨道耦合的面外分量在两个谷中充当相反的类塞曼场。在Hartree-Fock有效磁场相同的情况下，得到了两个谷区不同的总有效磁场强度。进一步揭示了由于谷依赖的总有效磁场强度，在小（大）自旋注入下，在两个谷中观察到相似（不同）的自旋扩散长度。然而，它表明，谷间空穴-声子散射可以抑制在大自旋注入的自旋扩散长度的差异，由于自旋守恒谷间电荷转移与自旋上下孔之间的相反的转移方向。此外，与一个固定的大纯自旋注入，我们预测的稳态谷极化的自旋扩散过程中的最大值沿扩散方向能够超过1%的建立。结果表明，谷极化是由于自旋扩散过程中自旋向上和自旋向下的空穴之间存在不同的有效热空穴温度，从而产生不同的谷间电荷转移速率.此外，还表明，通过增加注入自旋极化、空穴密度或杂质密度，可以获得更大的谷极化。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Manipulation by Giant Valley-Zeeman Spin-Orbit Field in Atom-Thick WSe2
自旋-轨道耦合（SOC）现象的起源为自旋操纵和器件应用提供了能量有效的策略。破缺的反转对称界面和所产生的电场诱导Rashba型自旋轨道场（SOF），其已被证明产生用于数据存储应用的自旋轨道力矩。在这项研究中，我们发现，自旋翻转可以实现在室温下单层WSe 2的valley-Zeeman SOF，这表现为在垂直自旋阀的负磁阻。基于WSe 2的K谷附近的有效模型的量子传输计算证实了在巨SOF下载流子的旋进自旋输运，估计为650 T。特别是，valley-Zeeman自组织场诱导自旋动力学随WSe 2的层数、堆积相和栅电压的变化而变化，这为自旋调控提供了一种新的策略，有利于超低功耗自旋电子器件的发展.
2022-05-05 cond-mat.mes-hall
Interlayer excitons in MoSe$_2$/WSe$_2$ heterostructures from first-principles
基于\emph{ab initio}理论计算了MoSe $_2$（或MoS $_2$）和WSe $_2$垂直异质结构的光谱，揭示了MoSe $_2$和WSe $_2$的\textsl{A}激子下面的两个自旋轨道分裂的里德堡激子系列，其中第一激子的结合能约为250 meV.同时，我们预测晶体学取向的MoSe $_2$ /WSe $_2$异质结构表现出间接的基本带隙。由于MoSe $_2$ /WSe $_2$异质结构的II型性质，间接跃迁和对应于直接跃迁的激子Rydberg系列表现出不同的层间性质，具有耦合电子和空穴的空间电荷分离。实验观察到的MoX $_2$ /WY $_2$异质结构的光致发光光谱中的长寿命态归因于这种层间激子态。我们的计算进一步表明，层间激子的峰值能量和它们的振荡强度的堆叠顺序的效果。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall
Multipath optical recombination of intervalley dark excitons and trions in monolayer WSe$_2$
已知过渡金属二硫属化物（TMD）中的激子和激子（或激子-极化子）主要通过谷内跃迁衰减。电子空穴复合跨越不同的山谷也可以发挥重要作用的激子动力学，但谷间跃迁很少观察到单层TMD，因为他们违反了动量守恒。在这里，我们揭示了暗激子和trions通过一个以上的路径在单层WSe $_2$谷间复合。我们观察到谷间暗激子，它可以通过缺陷散射或手征声子发射的帮助下复合。我们还发现，一个trion可以在两个不同的路径衰减-通过intravalley或intervalley电子空穴复合-到两个不同的最终谷态。虽然这两条路径都是能量简并的，但我们可以通过在磁场作用下提升谷简并来区分它们。此外，谷内和谷间的三振子跃迁分别耦合到带中心和带角的手征声子，产生不同的声子副本。暗激子和trions观察到的多径光学衰减提供了很多洞察trions的内部量子结构和复杂的激子相互作用与缺陷和手性声子在单层谷半导体。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-controlled many-body exciton interactions in monolayer WSe$_2$ phototransistors
University of Groningen（格罗宁根大学）；Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究所）
通过偏振分辨脉冲激光光电流光谱，利用谷选择性激发实现单层WSe$_2$中多体激子相互作用的全光控制，并观察到依赖于谷的非线性光响应。
2026-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley Manipulation by Optically Tuning the Magnetic Proximity Effect in WSe$_2$/CrI$_3$ Heterostructures
单层谷半导体，例如二硒化钨（WSe $_2$），具有谷赝自旋自由度，其是光学可寻址的但能量退化。通过打破时间反演对称性来提升能量简并度对于谷值操纵至关重要。这已经通过直接施加磁场或经由由强圆偏振光脉冲产生的伪磁场来实现。然而，扫描大的磁场对于设备是不切实际的，并且伪磁场仅在存在超快激光脉冲的情况下有效。最近兴起的二维（2D）磁铁解锁新的方法来控制谷物理通过范德华异质结构工程。在这里，我们展示了宽的连续调谐的谷偏振和谷塞曼分裂的激光激发功率的变化很小的异质结构形成的单层WSe $_2$和二维磁性三碘化铬（CrI $_3$）。谷操纵通过CrI $_3$磁化的光学控制来实现，其在20 T的范围内调谐磁交换场。我们的研究结果揭示了一个方便的新途径，对谷赝自旋和范德华磁性异质结构的光学控制。
2018-05-22 cond-mat.mes-hall
Proximity effects in bilayer graphene on monolayer WSe$_2$: Field-effect spin-valley locking, spin-orbit valve, and spin transistor
从第一性原理出发，研究了双层石墨烯对单层WSe $_2$的邻近轨道和自旋轨道效应.我们发现，内置的电场诱导的双层石墨烯的轨道带隙约为10 meV。值得注意的是，接近自旋轨道分裂的空穴是两个数量级-自旋轨道分裂的价带在K是约2毫电子伏-比电子。有效地，由于下石墨烯层与WSe $_2$的强烈接近，空穴经历自旋谷锁定。然而，施加大约1 V/nm的外部横向电场，对抗异质结构的内建场，完全逆转了这种效应，并且对于空穴，允许电子以2 meV的自旋轨道分裂被自旋谷锁定。这种行为构成了高效的场效应自旋轨道阀，使得WSe $_2$上的双层石墨烯成为场效应自旋晶体管的潜在平台。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Valley-Landscape Engineering in Bilayer WSe$_2$ Gate-All-Around Transistors
Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS)（物质·材料纳米构筑研究中心，日本国立材料研究所）；Kwansei Gakuin University（关西学院大学）
针对双层WSe$_2$中K-Γ谷分裂接近室温热能的特性，结合DFT与两谷器件模型，发现量子电容屏蔽保护亚阈值摆幅，有效迁移率由谷占据比决定，双轴压缩应变同时提升开态电流、抑制关态电流并改善开关比，建立了谷工程灵敏度最大化的设计原则。
2026-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Expansion of a Valley-Polarized Exciton Cloud in a 2D Heterostructure
包括不同单层半导体的异质结构为基础科学和器件技术提供了一个新的系统，例如在新兴的谷电子学领域。在这里，我们实现了单层WSe 2-MoSe 2垂直异质结谷特定的层间激子。我们创建层间激子自旋谷极化的圆偏振光泵浦，并确定谷寿命为40纳秒。这种长寿命的极化使得谷极化激子云的膨胀超过几微米的可视化成为可能。极化的空间图案随着激子密度的增加而演变成环，这是谷激子交换相互作用的表现。我们的工作为基于范德华异质结层间激子的量子光电子学和谷电子学奠定了基础。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of ultra-short carrier dynamics in 2D materials: valley depolarization in single-layer WSe$_2$
在单层WSe $_2$（一种典型的半导体过渡金属二硫属化物）中，圆偏振激光场可以选择性地激发不等价的$K^{\pm}$谷中的一个中的电子跃迁。这种选择性的谷群对应于赝自旋极化。这可以用作谷电子器件中的自由度，只要其去极化的时间尺度足够大。然而，山谷去极化背后的机制仍然存在很大争议。最近的时间相关克尔实验提供了一种精确的方式来可视化谷动态测量后，圆偏振泵浦脉冲施加的线性偏振探测脉冲的旋转。我们在这里提出了一个清晰，准确和无参数的山谷动态描述。通过使用原子的，从头算的方法，我们充分披露的元素机制，决定去极化效应。我们的结果与最近的含时克尔实验非常一致。我们解释克尔动力学和它的温度依赖性的电子-声子介导的过程，诱导自旋翻转谷间跃迁。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall
