Giant Valley-Zeeman Splitting from Spin-Singlet and Spin-Triplet Interlayer Excitons in WSe2/MoSe2 Heterostructure
过渡金属二硫属化合物(TMDC)异质结具有II型排列,具有独特的层间激子,其可能具有自旋三重态和自旋单重态。然而,相关的光谱特征仍然难以捉摸,强烈阻碍了层间激子的莫尔电位调制的理解。在这项工作中,我们明确地确定自旋单重态和自旋三重态层间激子的WSe 2/MoSe 2异质双层与60度的扭曲角通过门和磁场相关的光致发光光谱。单重态和三重态层间激子在K谷和K'谷之间都表现出巨大的谷-塞曼分裂,这是单重态层间激子和三重态层间激子的大的Lande g因子的结果,其实验测定分别为~ 10.7和~ 15.2,与理论预期很好地一致。单重态和三重态层间激子的PL显示相反的螺旋度,由原子注册表确定。螺旋分辨光致发光谱(PLE)研究表明,在共振激发下,层间激子的单重态和三重态都是高度谷极化的,且在~ 20 K时,单重态层间激子的谷极化趋于一致.具有巨大谷塞曼分裂的高度谷极化的单重态和三重态层间激子激发了自旋电子学和谷电子学的未来应用。
2019-12-26 cond-mat.mes-hall
Orbital, spin and valley contributions to Zeeman splitting of excitonic resonances in MoSe$_2$, WSe$_2$ and WS$_2$ monolayers
我们提出了一个全面的光学研究的激子塞曼效应在过渡金属二硫属化物单分子膜,这是讨论比较选定的材料:MoSe $_2$,WSe $_2$和WS $_2$。我们引入一个简单的半唯象描述的磁场演化的基本子带中的单个电子态考虑三个附加组件:谷,自旋和轨道项。我们证实了所提出的描述的有效性,通过检查塞曼分裂的中性和带电的激子共振吸收型光谱。所有三项的值都是根据实验数据估计的,证明了谷项对于一致描述光学共振(特别是对应于带电状态的共振)的磁场演化的重要性。所建立的模型进一步利用磁致发光数据的讨论。我们提出了一个解释所观察到的大g-因子值的低能量发射线,由于所谓的绑定/本地化的激子在钨基化合物中,基于暗激子态的增亮机制。
2018-03-01 cond-mat.mes-hall
Zeeman spectroscopy of excitons and hybridization of electronic states in few-layer WSe$_2$, MoSe$_2$ and MoTe$_2$
半导体过渡金属二硫属化物(TMDC)的单层和多层膜提供了一个理想的平台,探索谷选择性物理与谷电子学和信息处理的有前途的应用。在这里,我们操纵的能量简并的$\mathrm{K}^+$和$\mathrm{K}^-$谷在几层TMDC。我们进行高场磁反射光谱的WSe $_2$,MoSe $_2$,和MoTe $_2$晶体的厚度从单层到批量限制下的磁场高达30 T垂直于样品平面。由于强的自旋层锁定,基态A激子表现出具有负$g$因子的单层状谷塞曼分裂,当晶体从体变薄到单层时,其幅度单调增加。使用$\mathbf{k\cdot p}$计算,我们表明,所观察到的不同材料的$g$ -因子的演变很好地占电子状态的杂化在$\mathrm{K}^+$和$\mathrm{K}^-$谷。随着层间相互作用的增加,由层间相互作用引起的价带和导带态的混合会降低$g$因子的大小。MoTe $_2$的影响最大,其次是MoSe $_2$,WSe $_2$的影响最小。关键词:MoSe $_2$,WSe $_2$,MoTe $_2$,谷塞曼分裂,过渡金属二硫族化合物,激子,磁光学。
2018-11-19 cond-mat.mes-hall
Giant paramagnetism induced valley polarization of electrons in charge-tunable monolayer MoSe2
对于利用过渡金属二硫属化物单层中的谷赝自旋自由度的应用,在单个谷中有效地制备电子或空穴是必不可少的。在这里,我们表明,7特斯拉的磁场导致密度为1.6 × 10 ^{12} cm^{-2}的MoSe 2单层中电子几乎完全谷极化;在没有有利于单谷占据的交换相互作用的情况下,类似程度的谷极化将需要超过40的赝自旋g因子。为了研究磁响应,我们使用偏振分辨光致发光以及共振反射测量。在后者中,我们观察到的激子的吸引费米极化子的振子强度的转移依赖于门电压:在两个光螺旋光谱的鲜明差异提供了确认谷极化。我们的研究结果表明,相互作用引起的巨大顺磁响应的MoSe 2,这铺平了道路valleytronics的应用。
2017-01-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intervalley Scattering of Interlayer Excitons in a MoS$_2$/MoSe$_2$/MoS$_2$ Heterostructure in High Magnetic Field
固体中载流子的能量色散的简并极值(也称为谷)可以被视为二元量子自由度,其可以潜在地用于在基于过渡金属二硫属化物的范德华异质结构中实现谷电子概念。利用磁光致发光光谱,我们对MoS $_2$ /MoSe $_2$/MoS $_2$异质结中层间激子的谷极化和去极化机制有了更深入的了解.我们考虑交换相互作用和声子介导的谷间散射在塞曼分裂能级组成的系统之间的相互作用,作为磁场的函数的非平凡行为的谷极化。我们的研究结果代表了一个关键的一步,了解层间激子的性质,与原子薄valleytronic器件的实施具有强烈的影响。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall
Valley addressable exciton-polaritons in atomically thin semiconductors
虽然传统的半导体技术依赖于电荷的操纵来实现计算逻辑,但诸如自旋和谷的附加自由度为信息的编码提供了替代途径。在存在自旋谷锁定的过渡金属二硫属化物(TMD)单层中,已经报道了MoS $_2$、WSe $_2$和WS $_2$的谷手性的强保留,而MoSe $_2$显示出极低的谷极化保留。在这项工作中,手性选择性的螺旋激发下的MoSe $_2$腔极化激元的极化程度,可以控制的激子腔失谐报告。与在MoSe $_2$激子和trion共振中看到的非常低的圆偏振度相反,我们观察到当在极化激子制度中时高达7倍的显著增强。在这里,极化激元引入了快速衰减机制,其抑制全谷赝自旋弛豫,从而允许在发射光中增加注入偏振的保留。适用于任何TMD半导体中的腔极化激元的动力学模型,再现失谐依赖性,通过纳入腔修改激子弛豫,允许估计的自旋弛豫时间在MoSe $_2$,这是一个数量级的速度比那些在其他TMD报道。谷可寻址激子极化激元在这里报道提供了强大的谷极化状态,展示了基于嵌入在光子结构中的TMD的谷电子器件的前景,具有谷依赖的非线性极化激元-极化激元相互作用的显着潜力。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall
Large effective mass and interaction-enhanced Zeeman splitting of $K$-valley electrons in MoSe$_2$
我们研究了单层和双层MoSe $_2$中高迁移率电子的磁输运,发现在强磁场中存在Shubnikov-de Haas(SdH)振荡和量子霍尔态.从SdH振荡的温度依赖性中提取电子有效质量0.8 $m_e$; $m_e$是裸电子质量。在一个固定的电子密度的纵向电阻显示最小值填充因子(FF),主要是奇数,或主要是偶数,与奇偶校验,随着密度的调整而变化。SdH振荡对面内磁场不敏感,这与电子在$K$点的面外自旋取向一致。我们归因于FF的宇称跃迁的塞曼能量的相互作用增强的密度降低,导致塞曼回旋能量比增加。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall
Interplay between spin proximity effect and charge-dependent exciton dynamics in MoSe$_2$ / CrBr$_3$ van der Waals heterostructures
范德华异质结构中的半导体铁磁-非磁界面提供了一个独特的机会来研究依赖于多种现象的磁邻近相互作用,包括谷和层赝自旋,莫尔周期性或异常强的库仑结合。在这里,我们报告的MoSe $_2$和CrBr $_3$的光致发光之间的磁邻近效应的电荷状态的依赖性,从而谷极化的MoSe $_2$ trion状态符合密切的本地CrBr $_3$磁化,而中性激子状态保持不敏感的铁磁体。我们把这归因于自旋相关的层间电荷转移发生在激子和三重子辐射寿命之间的时间尺度上。更进一步,我们通过磁光克尔效应和光致发光揭示了对比谷偏振的域状空间形貌,我们推断其是锯齿状的或高度复杂的,其特征小于400 nm,对应于我们的光学分辨率。我们的研究结果提供了一个独特的洞察短寿命的谷激子和自旋相关的层间隧穿之间的相互作用,同时也突出了MoSe $_2$作为一个有前途的候选人,在范德华结构的奇异自旋纹理光学接口。
2020-10-21 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
Magneto-excitons in large area CVD grown monolayer MoS$_{2}$ and MoSe$_{2}$ on sapphire
利用磁透射谱研究了大面积单层MoS $_{2}$和MoSe $_{2}$的谷塞曼效应。A激子和B激子的谷g因子的提取值与$g_v \simeq -4.5$相似。由于在高温($700^\circ$ C)下在蓝宝石上的CVD生长,预期样品是应变的。然而,在低温下最大的估计应变仅为$\simeq 0.2\%$。理论上的考虑表明,应变太小,不能显著影响电子性质。这通过谷g因子的测量值和带隙的测量温度依赖性来证实,其对于CVD和机械剥离的MoS $_2$几乎相同。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall
Valley polarization of trions in monolayer MoSe$_2$ interfaced with bismuth iron garnet
研究了单层 MoSe$_2$ 与铋铁石榴石异质结构中带电激子的圆偏振光致发光,发现其谷极化随温度反转符号,并提出理论模型解释磁化诱导载流子不平衡与谷反转散射机制。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of moiré-trapped valley excitons in MoSe$_2$/WSe$_2$ heterobilayers
在晶体固体中产生莫尔图案是操纵其电子性质的有力方法,这些电子性质从根本上受到周期性势场的影响。在2D材料中,具有超晶格势的莫尔图案可以通过垂直堆叠具有扭曲和/或有限晶格常数差的两层材料来形成。这种独特的方法导致了涌现的电子现象,包括分形量子霍尔效应,可调莫特绝缘体,和非常规的超导性。此外,理论预测了2D谷半导体中莫尔势对光激发的有趣影响,但这些特征尚未被实验检测到。在这里,我们报告的实验证据的层间谷激子被困在MoSe $_2$ /WSe $_2$异质双层膜中的莫尔电位。在低温下,我们观察到的光致发光附近的自由层间激子的能量,但超过100倍窄的线宽。发射极g因子在同一样品上是均匀的,并且在扭转角分别接近60°和0°的样品中仅取两个值,-15.9和6.7。的g-因子匹配的自由层间激子,这是由两个可能的谷配对配置之一。在接近20°的扭转角下,发射器变得两个数量级的调光器,但值得注意的是,它们具有与接近60°的异质双层相同的g因子。这与层间激子在21.8°扭转角附近的Umklapp复合一致。发射体表现出很强的圆极化,这意味着捕获势保持了三重旋转对称性。连同功率和激发能依赖性,所有证据都指向它们的起源,即层间激子被困在具有继承的谷对比物理学的平滑莫尔势中。
2018-09-12 cond-mat.mes-hall
Phonon-assisted inter-valley scattering determines ultrafast exciton dynamics in MoSe$_2$ bilayers
虽然谷(能量极值)存在于固体的所有能带结构中,但它们在确定原子级薄的过渡金属二硫属化物(TMDC)中的激子共振和动力学方面的突出作用是独特的。利用二维相干电子能谱,我们发现MoSe $_2$双层膜中激子退相干的时间尺度比单层膜中快得多。我们进一步确定两个人口弛豫通道的双层,一个相干的和非相干的。我们的微观模型表明,声子发射过程促进散射事件从$K$谷的其他较低的能量$Γ$和$Λ$谷的双层。我们结合实验和理论研究明确建立不同的微观机制,确定激子的量子动力学在TMDC单层和双层。了解激子量子动力学提供了至关重要的指导TMDC双层膜中的自旋/谷自由度的操纵。
2022-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Ultrafast Spin-Valley Dynamics and Phonon-Mediated Charge Transfer in MoSe$_{2}$/WSe$_{2}$ Heterostructures
本文利用螺旋度分辨超快瞬态吸收光谱研究MoSe$_{2}$/WSe$_{2}$异质结构,揭示声子介导的层间电荷转移及自旋-能谷极化保持机制,为二维异质结构中极化激子的超快操控奠定基础。
2024-11-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Valley polarized relaxation and upconversion luminescence from Tamm-Plasmon Trion-Polaritons with a MoSe2 monolayer
过渡金属二硫属化合物是研究纳米凝聚态系统中激子效应、自旋相关现象和基本光-物质耦合的理想实验平台。特别是,谷度的自由,这是唯一的这种直接带隙单层反转对称性破缺,增加了这些材料的根本利益。在这里,我们实现了一个Tamm-plasmon结构与嵌入的MoSe 2单层和研究极化激元准粒子的形成。建立了MoSe 2的Tamm-mode和trion共振之间的强耦合条件,在非共振光激发下,从极化激元基态产生明亮的发光。我们证明,剪裁的单分子层的电动力学环境的结果在一个显着增加的谷极化。这种增强可能与时间分辨光致发光测量中所示的复合动力学变化有关。此外,我们观察到强烈的上转换发光共振激发极化激元态的低极化激元分支。这种上转换的极化激元发光被示出为保持谷极化的trion极化激元,这铺平了道路,结合自旋谷物理和激子散射实验。
2017-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Spin States Protected from Intrinsic Electron-Phonon-Coupling Reaching 100 ns Lifetime at Room Temperature in MoSe$_2$
我们目前的时间分辨克尔旋转测量,显示自旋寿命超过100纳秒,在室温下在单层MoSe $_2$。这些长的寿命是伴随着一个有趣的温度依赖性的克尔振幅,它随温度增加到50 K,然后突然开关的迹象。使用从头计算模拟,我们解释后者的行为在内在的电子-声子耦合和激活的过渡到二级谷。光激发的电子-空穴对的声子辅助散射在激光激发后的最初几ps内准备谷自旋极化。总谷磁化强度的符号,从而克尔振幅,开关作为温度的函数,作为传导和价带状态表现出不同的声子介导的谷间散射率。然而,ps时间尺度上的电子-声子散射不能解释长自旋寿命。因此,我们推断初始自旋极化必须转移到受本征电子-声子耦合保护的自旋态,并且最有可能是不属于巡回价或导带态的一部分的驻留载流子。
2019-04-08 cond-mat.mes-hall
Charge transfer and asymmetric coupling of MoSe$_2$ valleys to the magnetic order of CrSBr
本研究通过磁光致发光研究及第一性原理计算,揭示CrSBr磁序对MoSe$_2$光学特性的影响及二者的破隙能带排列与电荷转移,证实反铁磁-非磁界面可调控TMD谷和激子特性,助力光自旋电子器件开发。
2023-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field control of light-induced spin accumulation in monolayer MoSe$_2$
本文通过时间分辨克尔旋转研究单层 MoSe₂ 中磁场对光致自旋积累的调控,揭示磁场通过打破能谷能量简并诱导超快自旋翻转,并建立速率方程模型解释电子与空穴自旋动力学的差异。
2023-02-28 cond-mat.mes-hall
Valley Depolarization in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides with Zone-Corner Acoustic Phonons
虽然具有新颖谷功能的单层过渡金属双硫族化合物是实现谷电子器件的有希望的候选者,但对谷去极化机制的基本理解仍然不完全。基于对MoSe 2和WSe 2单层进行的泵浦-探测实验和密度泛函计算的佐证分析,我们证明了布里渊区K点处的相干声子可以有效地介导电子载流子的谷转移。在MoSe 2单层的情况下,我们将这种模式确定为弯曲声学ZA(K)模式,其具有破缺的反转对称性,因此可以在谷转移期间实现电子自旋翻转。另一方面,在单层WSe 2的情况下,其中自旋保持谷间弛豫是优选的,有效地产生具有偶反转对称性的相干LA(K)声子。这些研究结果表明,虽然谷间弛豫的具体情况取决于能带的自旋排列,但K点声子应被视为过渡金属二硫属化物单层中有效的谷去极化途径。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
Shubnikov-de Haas oscillations in optical conductivity of monolayer MoSe$_2$
我们报告的极化分辨共振反射光谱的电荷可调原子薄谷半导体托管紧束缚激子耦合到一个稀释系统的充分自旋和谷极化的空穴在强磁场的存在下。我们发现,激子-空穴相互作用表现在空穴密度依赖性,Shubnikov-de Haas振荡的能量和线加宽的激子共振。这些振荡被证明是精确相关的朗道能级的占用,从而表明,强相互作用之间的激子和朗道量子化的巡回运营商,使光学调查的量子霍尔物理在过渡金属二硫属化物。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable MoSe$_2$/WSe$_2$ heterostructure-based quantum dot
Wrocław University of Science and Technology(弗罗茨瓦夫科技大学);University of Ottawa(渥太华大学);University of Regensburg(雷根斯堡大学)
基于密度泛函理论和紧束缚模型,研究了电可调MoSe$_2$/WSe$_2$异质结构中量子点的电子结构,揭示了垂直电场对谷极性和占据的控制。
2024-12-20 cond-mat.mes-hall
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
Intrinsic localized excitons in MoSe$_2$/CrSBr heterostructures
本研究通过光谱实验与理论计算,发现MoSe2/CrSBr异质结构中的局域激子源于CrSBr层内本征缺陷,并揭示其与磁序相关的自旋依赖电荷转移及各向异性偏振响应,为自旋电子学器件提供新见解。
2024-05-25 cond-mat.mes-hall
Signatures of electric field and layer separation effects on the spin-valley physics of MoSe$_2$/WSe$_2$ heterobilayers: from energy bands to dipolar excitons
研究了MoSe$_2$/WSe$_2$异质双层在电场和层间距离变化下的自旋-谷物理,揭示了低能带杂化特征和偶极激子的谷塞曼效应调控规律,为理解范德华异质结构提供了基础见解。
2023-04-08 cond-mat.mes-hall
Moiré excitons in MoSe$_2$-WSe$_2$ heterobilayers and heterotrilayers
层状二维材料在扭曲或晶格无公度异质结构中表现出丰富的输运和光学现象,层间杂化的空间变化来自莫尔干涉效应。在这里,我们报告的实验和理论研究的激子在扭曲的异质双层和heterotrilayers的过渡金属dichalcogenides。使用MoSe $_2$ -WSe $_2$堆叠作为扭曲范德华双层和三层异质结构的代表性实现,我们观察到对比的光学特征,并在不同自旋和谷构型的层间莫尔激子的理论框架中解释它们。我们得出结论,MoSe $_2$ -WSe $_2$异质双层的光致发光与来自辐射衰减的谷直接层间激子和来自驻留在莫尔超晶胞的空间上不同的区域中的动量间接储层的声子辅助发射的联合贡献是一致的,而异质三层发射完全是由于混合层谷的动量暗层间激子。我们的研究结果突出了过渡金属二硫属化物异质叠层和多层半导体范德华异质结构的其他实现的层间杂化的深刻作用。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric magnetic proximity interactions in MoSe$_{2}$/CrBr$_{3}$ van der Waals heterostructures
本文研究了MoSe$_{2}$/CrBr$_{3}$范德华异质结构,发现磁性邻近相互作用对$K$和$K'$谷产生显著不对称的能量偏移,不同于传统有效磁场模型,为选择性控制自旋和谷态提供了新途径。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast pseudospin quantum beats in multilayer WSe$_2$ and MoSe$_2$
具有六边形对称性的层状范德华材料为它们的电子提供了额外的自由度,即所谓的谷指数或谷赝自旋。这个量在概念上表现得像电子自旋,因此创造了谷电子学这个术语。在这种情况下,半导体过渡金属二硫属化物(TMDC)的组是特别有吸引力的,由于大的自旋轨道相互作用和直接带隙在K点的六边形布里渊区。在这项工作中,我们提出的激子跃迁的单层和多层WSe $_2$和MoSe $_2$材料的时间分辨法拉第椭圆率(TRFE)与面内磁场,$B_{\parallel}$,高达9 T的调查。在单层样品中,测得的TRFE时间轨迹几乎是独立的$B_{\parallel}$,这证实了接近零的面内激子$g$因子$g_\parallel$,符合第一性原理计算。与此形成鲜明对比的是,我们观察到显着的时间振荡多层样品$B_{\parallel}>0$。值得注意的是,提取的面内$g_\parallel$非常接近所报道的材料的面外激子$g$因子,即分别用于WSe $_2$和MoSe $_2$多层膜中的1s A激子的$|g_{\parallel 1s}|=3.1\pm 0.2$和$2.5\pm0.2$。我们的第一性原理计算很好地证实了多层样品的非零$g_{\parallel}$的存在。我们提出多层样品中振荡的TRFE信号是由激子的赝自旋量子拍引起的,这是多层样品中自旋和赝自旋层锁定的表现。我们的研究结果表明,超快赝自旋旋转在GHz至太赫…
2022-04-26 cond-mat.mes-hall
Nature of long-lived moiré interlayer excitons in electrically tunable MoS$_{2}$/MoSe$_{2}$ heterobilayers
本文研究了MoS$_{2}$/MoSe$_{2}$异质双层中长寿命莫尔层间激子的本质,发现莫尔超晶格导致谷依赖光学选择定则反转,并使激子在微秒级寿命中保持谷极化,为研究玻色子相互作用和开发激子电路提供了平台。
2024-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Probing the spin-polarized electronic band structure in monolayer transition metal dichalcogenides by optical spectroscopy
在双栅场效应器件上,利用光反射谱和光致发光谱研究了单层WSe_2和MoSe_2布里渊区K/K'谷的电子能带结构。我们的实验揭示了不同的自旋极化在这些化合物的导带的A和B激子共振的掺杂依赖性的系统研究。最高能量价带和最低能量导带中的电子在单层WSe 2中具有反平行自旋,而在单层MoSe 2中具有平行自旋。价带的自旋劈裂为几百meV,导带的自旋劈裂为几十meV,这与第一性原理计算的结果吻合得很好.这些值还表明,n型和p型WSe 2和MoSe 2都可以与基于自旋和谷的应用相关
2017-02-18 cond-mat.mes-hall
Observation of Magnetic Proximity Effect Using Resonant Optical Spectroscopy of an Electrically Tunable MoSe$_2$/CrBr$_3$ Heterostructure
范德华异质结构结合二维磁性和半导体层构成了一个有前途的平台,接口磁性,电子学和光学。在此,我们利用共振光学反射光谱技术观察了栅可调MoSe $_2$ /CrBr $_3$异质结中的磁邻近效应。高质量的界面导致MoSe $_2$中K和K'谷激子的巨大零场分裂,相当于12 T的外部磁场,具有弱但明显的电场依赖性,这暗示了磁化的电控制的潜力。磁邻近效应使我们能够使用共振光谱充分表征的CrBr $_3$磁铁,确定易轴矫顽场,磁各向异性能量,以及与自旋磁化率和磁化强度的临界指数。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall
Valley-magnetophonon resonance for interlayer excitons
由MoSe $_2$和WSe $_2$单层组成的异质双层膜可以容纳具有有趣特性的光学明亮的层间激子,例如超长的寿命和由于谷偏振而引起的其光致发光的显著圆偏振,这可以通过圆偏振激发或施加磁场来诱导。在这里,我们报告的观察本地化的层间激子促进invervalley空穴散射的本征谷磁声子共振。它导致了共振增加的光致发光偏振度在相同的字段为24.2特斯拉的H型和R型堆叠配置,尽管他们有很大不同的激子能量分裂。作为空穴谷间散射的微观机制,我们确定了MoSe $_2$的手征TA声子在由长程电子空穴交换相互作用混合的激子态之间的散射。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Valley-Polarized Singlet and Triplet Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructure
二维半导体的特点谷电子学现象,由于锁定的自旋和动量谷的电子。然而,谷极化本质上是有限的单层晶体中的快速谷间电子空穴交换。异质双层晶体已被证明具有较长的激子寿命和谷去极化时间。但目前已报道的谷极化程度较低,谷选择规律和谷去极化机制仍存在争议。在这里,我们报告单重态和增亮三重态层间激子都超过80%的谷偏振,交叉和共偏振的泵浦激光,分别。这是在WSe 2/MoSe 2异质双层膜中实现的,具有精确的动量谷对准和窄的发射线宽。高的谷极化使我们能够识别异质结构中的能带极小值,并明确地确定了直接带隙激子跃迁、超快电荷分离、强烈抑制的谷去极化。我们的研究结果铺平了道路,使用半导体异质双层控制谷选择规则的valleytronic应用。
2019-01-31 cond-mat.mes-hall
Optical control of valley Zeeman effect through many-exciton interactions
二维过渡金属二硫属化物(TMD)(例如WSe $_2$)中的电荷载流子将其自旋和谷赝自旋锁定到光学可寻址索引中,所述光学可寻址索引被提出作为未来信息处理的基础。该自旋谷指数的操纵需要调谐其能量,通常通过外部磁场(B),这是麻烦的。因此,需要其他有效的途径,如自旋谷指数的全光学控制。在这里,我们表明,WSe $_2$ /MoSe $_2$异质双层的层间激子之间的多体相互作用诱导对应于B $\sim$ 6特斯拉的稳态谷塞曼分裂。这种异常分裂,目前在入射功率低至$μ$ Ws,增加与功率和增强,抑制,甚至翻转的B诱导分裂的迹象。此外,谷塞曼分裂的$\it{g}$因子可以通过$\sim$ 30 $\%$利用入射功率来调谐。除了valleytronics,我们的研究结果是相关的实现光学非互易性使用二维材料。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Valley Polarization and Coherence in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化物(TMD)制成的范德华异质结构是用于光电、自旋电子和谷电子器件的新兴平台,其可以受益于(i)TMD中的强的光-物质相互作用和自旋谷锁定以及(ii)石墨烯中的特殊的电子和自旋输运。这种器件的操作需要显著的谷极化和谷相干性,理想地高达室温。在这里,使用一个全面的穆勒偏振分析,我们报告\textit{artifact-free}室温度的谷极化高达$40~\%$,值得注意的是,谷相干高达$20~\%$在单层二硫化钨(WS $_2$)/石墨烯异质结构。即使在低温下,二硒化钼(MoSe $_2$)中的谷反差也特别难以实现。在将单层MoSe $_2$与石墨烯接合时,谷极化和相干性的室温程度分别与$14~\%$和$20~\%$一样高。我们的研究结果进行了讨论,根据最近的报道,高效的层间耦合和激子转移的TMD/石墨烯异质结构和室温手性轻物质相互作用和相干光谷电子器件的承诺。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strain control of exciton and trion spin-valley dynamics in monolayer transition metal dichalcogenides
本文通过偏振分辨光致发光光谱研究双轴应变下单层MoSe$_2$和WSe$_2$的激子与三子自旋-谷动力学,发现应变通过调节电子-空穴交换相互作用显著改变WSe$_2$三子谷极化,为调控多谷系统谷物理提供了新途径。
2023-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Directional Interlayer Spin-Valley Transfer in Two-Dimensional Heterostructures
由两种不同的单层半导体形成的范德华异质结构已经成为新的光电和自旋/谷电子应用的一个有前途的平台。除了其原子薄的性质之外,二维半导体异质结构由于其组成单层的独特耦合自旋谷物理而不同于其三维对应物。在这里,我们报告的直接观察,光学产生的自旋谷极化在一个单层可以转移层之间的二维MoSe 2-WSe 2异质结构。使用非简并光学圆二色性光谱,我们表明,两个单层之间的电荷转移保存自旋谷极化,只有弱依赖于层之间的扭转角。我们的工作指向一个新的自旋谷泵浦方案在纳米级器件,提供了一个基本的理解,自旋谷传输通过二维界面,并显示了潜在的使用二维半导体作为自旋谷发电机在二维自旋/valleytronic设备存储和处理信息。
2016-12-14 cond-mat.mes-hall
Trion Valley Coherence in Monolayer Semiconductors
谷电子学的新兴领域旨在利用布洛赫带极值附近电子的谷赝自旋作为信息载体。最近的实验表明,在单层过渡金属二硫属化物(TMD)的激子谷相干性(电子-空穴对的叠加在相对的山谷)的光学产生和操纵提供了一个关键的一步,控制这个量子自由度。在TMD中的带电激子(trion)是一个有趣的替代中性激子控制谷赝自旋,因为它的自发复合寿命长,其强大的谷极化,和它的耦合到剩余的电子自旋。然而,由于在光谱上访问它的实验挑战,Trion谷相干性尚未被探索。在这项工作中,我们采用超快的二维相干光谱共振产生和检测的单层MoSe $_2$中的trion谷相干证明它持续了几百飞秒。我们的结论是,基本机制限制trion谷相干性是根本不同的那些适用于激子谷相干性。基于这些观察结果,我们提出了延长二维材料谷相干时间的可能策略。
2016-11-10 cond-mat.mes-hall
Giant Zeeman splitting inducing near-unity valley polarization in van der Waals heterostructures
半导体过渡金属二硫属化物的单层表现出有趣的基础物理学的强耦合自旋和谷自由度的载流子。虽然利用这些特性进行信息处理的可能性刺激了对谷电子学概念的协同研究活动,但在单个单层中保持对自旋谷极化的控制被证明具有挑战性。一个有前途的替代路线探讨人工范德华异质结构中的II型能带排列。层间激子的形成结合了长载流子寿命和自旋谷锁定的优点。在这里,我们展示了直接磁操纵谷极化的WSe 2/MoSe 2异质结通过巨大的谷塞曼分裂层间过渡。值得注意的是,即使在非选择性注入后,所观察到的$g$因子与$-15$一样大,在磁场下诱导具有100 ns寿命的长寿命激子的接近统一的极化。对自旋谷物理的控制突出了新颖的人工设计的材料系统的特殊方面,以及它们对原子薄谷电子器件的承诺。
2017-04-07 cond-mat.mes-hall
Electronic transmission in the lateral heterostructure of semiconducting and metallic transition-metal dichalcogenide monolayers
我们分别研究了半导体和金属过渡金属二硫属化物单分子膜MoSe $_2$和NbSe $_2$的横向异质结的电子输运性质。我们采用基于第一性原理能带结构的多轨道紧束缚模型计算了电子的传输几率。传输概率取决于自旋和谷自由度。这种依赖性通过界面结构而发生质的变化。具有锯齿形界面的异质结构在传输过程中保留了电子的自旋和谷值。另一方面,扶手椅界面使导电电子能够随着谷的变化而传输,并由于谷翻转传输而增加了空穴掺杂结中的电导。我们还讨论了异质结中电流的自旋极化和谷极化。
2019-04-03 cond-mat.mes-hall
Robust one-dimensionality at twin-grain-boundaries in MoSe$_{2}$
我们发现,一维电子态限制在双晶界的MoSe $_{2}$可以模拟由三轨道紧束缚模型,包括一组最小的唯象跳跃项。受限态对缺陷跳跃模型的细节是鲁棒的,这与它们在实验中的普遍性一致。尽管谷陈数是有限的,相反的两侧缺陷,有没有拓扑保护的限制状态。这证明是一个基本特征,只有一个有限的电子带,与实验一致,而不是两个,因为散装边缘对应将意味着。作为一个一维相互作用的电子系统建模的限制状态,使我们能够揭示一个移动的量子杂质型行为的能量尺度超出Tomonaga-Luttinger液体的相互作用范围,延伸到晶格间距,在良好的协议与ARPES测量。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall
Highly Tunable Ground and Excited State Excitonic Dipoles in Multilayer 2H-MoSe$_2$
本文研究双层和三层2H-MoSe$_2$中层间激子与层内A激子基态和激发态的电场驱动耦合,证明杂化态兼具强振子强度、大永久偶极、高能量可调性和宽范围g因子调控,为探索强光-物质耦合下的激子-激子相互作用提供了高度可调平台。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall
Quantum anomalous Hall state in a fluorinated 1T-MoSe$_2$ monolayer
本研究通过第一性原理计算发现全氟化1T-MoSe₂单层在自旋轨道耦合作用下可形成陈数|C|=2、能隙117.2meV的非平庸量子反常霍尔态,构建了低能有效模型,为二维大能隙量子反常霍尔态研究及低功耗自旋电子器件设计提供新方向。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single- and narrow-line photoluminescence in a boron nitride-supported MoSe$_2$/graphene heterostructure
由范德华材料制成的异质结构提供了一个模板,以研究原子级尖锐的异质界面的邻近效应。特别是,近场电荷和能量转移的异质结构由半导体过渡金属二硫属化物(TMD)已吸引了兴趣,设计模型的2D“施主-受主”系统和新的光电元件。在这里,使用拉曼散射和光致发光光谱,我们报告了一个全面的表征的二硒化钼(MoSe $_2$)单层沉积到六方氮化硼(hBN)和覆盖的单层和双层石墨烯。与原子级平坦的hBN衬底一起,单个石墨烯外延层足以钝化MoSe $_2$层并提供均匀的环境,而不需要额外的覆盖层。结果,我们没有观察到光诱导掺杂在我们的异质结构和MoSe $_2$激子线宽得到窄至1.6 meV,因此接近均匀的极限。半金属石墨烯层中和2D半导体,并实现皮秒非辐射能量转移,其猝灭来自长寿命状态的辐射复合。因此,来自中性带边激子的发射在很大程度上主导MoSe $_2$ /石墨烯异质结构的光致发光光谱。由于该激子在低温下具有皮秒辐射寿命,与能量转移时间相当,因此在单层和双层石墨烯的存在下,其低温光致发光仅分别被$3.3 \pm 1$和$4.4 \pm 1$的因子淬灭。最后,虽然我们的裸MoSe $_2$ hBN表现出可忽略不计的谷极化在低温和近共振激发下,我们表明,接口MoSe $_2$与石墨烯产生一个单线发射器的谷极化和相干度高达$\sim 15\,\%$。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of flat bands in MoSe$_2$/WSe$_2$ moiré lattices: A study combining machine learning and band unfolding methods
本研究结合从头算与机器学习方法,探究MoSe₂/WSe₂莫尔晶格平带演化,揭示不同谷平带的调控机制与角度依赖特性。
2024-12-11 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
Radiatively limited dephasing and exciton dynamics in MoSe$_2$ monolayers
通过实现四波混频(FWM)显微光谱,我们测量相干性和激子跃迁的MoSe $_2$单层的布居动力学。我们揭示了它们的退相时间T $_2$和辐射寿命T $_1$在亚皮秒(ps)范围内,接近T $_2$ = 2 T $_1$,从而表明在6 $\,$ K的温度下辐射有限的退相。我们阐明的失相机制,通过改变温度,并通过探测不同的位置上表现出不同的局部混乱的薄片。在纳秒范围内,我们观察到的非相干激子,最初分散向暗态,但随后放松回到光锥内的光学活性状态产生的残余FWM。通过引入偏振分辨激发,我们推断谷间激子动力学,示出约30 $\,\%$,恒定的初始亚皮秒衰减期间的初始偏振度,其次是皮秒时间尺度上的去偏振。FWM高光谱成像揭示了样品的掺杂和未掺杂区域,允许同时研究中性激子,带电的一个或两个跃迁。在后一种情况下,我们观察到激子-激子在相干演化中的拍频,表明它们之间的相干耦合。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall
Interlayer exciton valley polarization dynamics in large magnetic fields
在由堆叠的MoSe $_2$和WSe $_2$单层组成的范德华异质结构(HS)中,当组成层在晶体学上对齐时,可以观察到光学明亮的层间激子(ILE)。单层的对称性允许两种不同类型的排列,其中动量直接层间跃迁是谷守恒的(R型排列)或改变谷指数(H型反排列)。本文利用时间分辨光致发光(PL)技术研究了ILE在高达30~ T的磁场中的谷极化动力学。对于所有的ILE类型,我们发现一个有限的初始PL圆偏振度($DoP$)后,在施加磁场非极化激发。对于H型HS中的ILE,我们观察到PL $DoP$在施加的磁场中随着时间的推移而系统地增加,其在最大场接近于1的值处饱和。相比之下,对于R型HS中的ILE,PL $DoP$在相反极化饱和之前显示出减小和零交叉。这种不直观的行为可以解释一个模型,考虑不同的ILE状态的H-和R-型HS和他们的选择规则耦合PL螺旋和谷极化。
2021-11-05 cond-mat.mes-hall
Dirac-Rashba fermions and quantum valley Hall insulators in graphene-based 2D heterostructures
本研究通过第一性原理和有效低能模型,在石墨烯/TMD异质结构中实现Dirac-Rashba费米子与量子谷霍尔效应,为二维异质结构的新奇物性探索提供基础。
2024-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Coherent Hot Carriers and Thermal Relaxation in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们显示室温谷相干性与MoS 2,MoSe 2,WS 2和WSe 2单层使用线性偏振分辨热光致发光(PL),在接近激发的能量-证明保存谷相干性之前,充分的散射事件。共极化热发光的特点,使我们能够提取的结合能的下限为0.42(+/- 0.02)eV的单层二硫化钼中的A激子。PL峰的展宽被发现是由玻尔兹曼型热发光尾,并使用指数衰减的斜率,在原位提取的载流子温度在不同阶段的能量弛豫。在弛豫过程中发射的光学声子的温度探测通过利用相应的拉曼峰的加宽,由于温度引起的非谐效应。研究结果提供了谷相干热载流子光生及其随后的能量弛豫路径的物理图像。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
1D Interface-Induced Real-Space Berry Curvature Gradient Encoded in SpinValley-Coupled Nonlinear Photocurrent in Lateral Heterostructure
Indian Institute of Technology, Kharagpur(印度理工学院哈格普尔分校);RWTH Aachen University(亚琛工业大学)
本研究在单层横向异质结构中观察到由一维界面诱导的贝里曲率偶极子驱动的自旋-谷耦合圆光生伏特效应,为谷电子学提供了新平台。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical valley Hall effect for highly valley-coherent exciton-polaritons in an atomically thin semiconductor
自旋-轨道耦合是将载流子的自旋与其动量联系起来的基本机制。同样地,在光学领域中,合成的自旋轨道耦合是可获得的,例如,通过在光子材料中设计光学各向异性。这两种方法,类似地,都产生了直接利用自旋和极化作为信息载体来制造设备的可能性。过渡金属二硫属化物的原子薄层提供了一种新的材料平台,该平台有望为自由载流子、双粒子激发(激子)以及光子提供固有的自旋谷霍尔特性。在这样的材料中,激子的自旋与它出现的倒易空间中的高对称点密切相关。在这里,我们证明,自旋,因此谷选择性传播是可访问的原子薄层的MoSe 2,这是强耦合到微腔光子模式。我们设计了一个线状装置,在那里我们可以清楚地跟踪流动,以及激子-极化激元沿通道扩展的螺旋度。通过激发K和K标记的极化激元的相干叠加,我们观察到极化激元云的谷选择性膨胀,既没有任何外加磁场,也没有相干瑞利散射。与TMDC激子的谷霍尔效应不同,所观察到的光学谷霍尔效应(OVHE)显著地发生在宏观尺度上,并且清楚地揭示了在自旋谷锁定光子器件中的应用潜力。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Emergence of 6-particle "hexciton'' states in WS$_2$ and MoSe$_2$ monolayers
本文通过光谱实验证明,在电荷可调的WS₂和MoSe₂单层中可形成由光生电子-空穴对同时耦合多个不同自旋和谷量子数费米海而产生的六粒子六激子态,并讨论了可区分性与载流子屏蔽对其稳定性的影响。
2023-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci