Two-dimensional excitons in monolayer transition metal dichalcogenides from simple models and variational calculations
研究了过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜在不同介电环境中的激子谱。筛选氢模型（SHM）[物理评论快报。116，056401（2016）]通过将其激子光谱与径向方程（RE）解进行比较来检查。虽然SHM被发现可以很好地描述非氢激子里德堡系列，但它不能解释激子能量随轨道量子数$m$的线性下降。随着$\lvert m\rvert$变大，激子玻尔轨道收缩，导致电子-空穴相互作用的强度增加和激子能量降低。SHM的激子有效半径表达式可以表征激子半径对$n$的依赖性，但不能很好地描述激子半径对$m$的依赖性，这是SHM不能很好地描述激子能量对$m$依赖性的原因.对于在SiO $_2$衬底上的单层WS $_2$，我们计算的$s$激子里德堡系列与通过光学反射光谱[Phys. Rev. Lett. 113，076802（2014）]，而计算的$p$激子提供了对双光子吸收光谱的两个广泛特征的解释[Nature 513，214（2014）]。我们计算的激子能量单层TMD在各种介电环境中的实验数据相比有利。本文得到了一些强束缚激子态的变分波函数，并进一步用于研究单层TMD中的Stark效应，导出了一个精确计算基态能量红移的解析表达式。结合变分法的RE数值解为单层TMD中激子的研究提供了一种简单有效的方法。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall
Phonon and Raman scattering of two-dimensional transition metal dichalcogenides from monolayer, multilayer to bulk material
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）纳米片具有显著的电学和光学性质。具有代表性的MoS $_2$、WS $_2$、WSe $_2$和MoSe $_2$ TMD的2D特征、相当大的带隙以及在合成、表征和器件制造方面的最新进展使得TMD在纳米电子学和光电子学中非常有吸引力。与石墨和石墨烯类似，2D TMD中每层内的原子通过共价键连接在一起，而范德华相互作用将层保持在一起。这使得2D TMD的物理和化学性质依赖于层。在这篇综述中，我们讨论了单层，多层和体TMD的基本晶格振动，包括高频光学声子，层间剪切和层呼吸声子，拉曼选择规则，声子的层数演化，多重声子副本，以及在布里渊区边缘的声子。拉曼光谱的广泛的能力，在调查的TMD的属性进行了讨论，如层间耦合，自旋轨道分裂，和外部扰动。层间振动模式用于快速和无衬底表征多层TMD的层数和探测TMD异质结构中的界面耦合。拉曼光谱在研究TMD纳米片方面的成功为其他二维晶体和相关范德华异质结构的实验铺平了道路。
2015-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Orbital Hall Insulating Phase in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
我们发现，H相变金属二硫属化物（TMD）单层，如MoS $_2$和WSe $_2$，是轨道霍尔绝缘体。他们目前非常大的轨道霍尔电导率平台在其半导体间隙，自旋霍尔电导率消失。我们的研究结果打开了使用TMD的轨道电流注入和轨道扭矩转移，超过他们的自旋对应的自旋轨道电子器件的可能性。TMD单分子膜中的轨道霍尔效应（OHE）即使在没有自旋轨道耦合的情况下也会发生。它可以与奇异的动量空间Dresselhaus类轨道纹理联系起来，类似于2D狄拉克费米子中的自旋动量锁定，它是由轨道属性和晶格对称性的组合产生的。
2020-04-30 cond-mat.mes-hall
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
Observation of exciton-exciton interaction mediated valley depolarization in monolayer MoSe$_2$
单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的谷赝自旋被认为是一种在各种光电子器件中操纵信息的新方法。这依赖于在长时间尺度（数百ns）上保持稳定的大谷极化。然而，时间分辨测量报告谷寿命只有几个ps。这归因于声子介导的谷间散射和谷赝自旋通过电子-空穴交换的进动等机制。本文利用瞬态自旋光栅直接测量了单层MoSe $_{2}$的谷线退极化寿命。我们发现了一个快速的谷衰减率，在不同的温度下与激发密度呈线性关系。这建立了强激子-激子库仑交换相互作用的存在，增强了谷去极化。我们的工作突出了抑制单层TMD中激子谷赝自旋有效利用的微观过程。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall
Dissecting intervalley coupling mechanisms in monolayer transition metal dichalcogenides
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；CNR-IFN（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）
本研究通过实验与模拟解析单层过渡金属二硫化物中层间耦合机制，揭示声子辅助散射在激子圆二色性衰减中的作用，并发现高效单自旋翻转机制。
2025-09-26 cond-mat.mes-hall
Complete Spin and Valley Polarization by Total External Reflection from Potential Barriers in Bilayer Graphene and Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
结果表明，双层石墨烯（BLG）和单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的势垒可以将谷非极化入射电流分裂为具有相反谷极化的反射和透射电流。谷不对称传输不可避免地发生，因为低对称性的总哈密顿量，当发生全外反射的传输是100%的谷极化的BLG和100%的自旋和谷极化的TMD，除了指数小的修正。通过调节电位，可以获得100%的极化，而不管势垒的晶体取向如何。谷偏振器可以通过将准直的载流子束布置成在全外反射的角度范围内入射到阻挡件上来实现。相对转动为$\pmπ/3$的势垒的透射系数与对称性有关。这允许使用两个势垒来证明电流是谷极化的。一个软壁势被用来模拟的障碍和方法来找到传输系数的解释。在单层TMD的情况下，使用4带k.p哈密顿量，并通过拟合从头算能带结构获得k.p参数。
2021-09-10 cond-mat.mes-hall
Polarized exciton emission enhancement of monolayer MoS2 coupled with plasmonic Salisbury-type absorber
等离子体介导的二维原子过渡金属二硫属化物（TMD）中光-物质相互作用的操纵关键取决于等离子体纳米结构的设计，以实现TMD中的最大光场。在这里，一个金属-绝缘体-金属索尔兹伯里型完美吸收体被制作作为本地化的表面等离子体激元的发生器。实验观察到在金等离子体混合纳米结构顶部的单层（ML）MoS 2的显着的光致发光（PL）增强高达60倍。此外，PL线偏振可以接近激子发射峰附近的约60%，并且与激发激光的偏振无关。这种Salisbury型等离子体激元-激子杂化系统为基于TMD的光电子器件的发展开辟了一条新的途径。
2021-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Contact morphology and revisited photocurrent dynamics in monolayer MoS2
二维（2D）层状过渡金属二硫属化物（TMD）已成为电子，光电子和谷电子应用的有前途的材料。最近的工作表明，光激发TMD的带隙和激子结合能的急剧变化与超快非辐射弛豫过程有效地加热晶格。这种现象尚未在光电子器件的上下文中考虑。我们解决了相应的超快光电导动力学内单层二硫化钼，并表明，热贡献占主导地位的整体光电导。我们进一步揭示，聚焦激光照射，如在许多标准的光电测量的二硫化钼，修改和退火的金属接触的形态。我们发现，一个结的演变与横向内置电场，虽然拉曼和光致发光光谱表明没有显着的变化，如晶体相变。我们强调了这种优化的器件如何在片上高频和THz电路中驱动超快电磁信号。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall
Strongly interaction-enhanced valley magnetic response in monolayer WSe2
电子之间的库仑相互作用是固体磁性的核心。与传统的二维体系不同，单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的电子通过自旋-轨道相互作用具有耦合的自旋自由度和谷自由度。电子也强烈的相互作用，即使在高密度的制度，因为在两个维度和一个大的带质量弱的介电屏蔽。这些特性的结合为探索二维电子液体中的自旋和谷磁性提供了一个独特的平台。在这里，我们报告了一个非线性谷塞曼效应的磁光致发光光谱的观察，相关的激子g因子在单层WSe 2的四倍以上的增强。当费米能级穿过自旋分裂的上导带时，对应于自旋谷简并度从2到4的变化，会发生这种效应。随着样品温度的降低，增强增加，没有显示出饱和的迹象。我们的结果表明，丰富的多体基态的可能性，在单层TMD与多个内部自由度。
2017-05-02 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
Raman Digital Twin of Monolayer Janus Transition Metal Dichalcogenides
本文提出了一种用于单层Janus过渡金属二硫化物的拉曼数字孪生库，通过理论计算预测其独特的拉曼指纹，以辅助实验研究和材料开发。
2025-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical harmonic generation in monolayer group-VI transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜具有很高的非线性光学（NLO）性能。在MoS $_2$上的实验确实揭示了非常大的二阶（$χ^{(2)}$）和三阶（$χ^{(3)}$）光学折射率。然而，其他层状TMD的三次谐波产生结果尚未报道。此外，所报道的MoS $_2$的$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$变化了几个数量级，并且在不同TMD之间的光学非线性的可靠定量比较仍然是难以捉摸的。在这里，我们调查二次和三次谐波产生，和三光子光致发光的TMD。具体来说，我们提出了一个实验研究的$χ^{(2)}$，和$χ^{(3)}$的四种常见的TMD材料（\ce{MoS2}，\ce{MoSe2}，\ce{WS2}和\ce{WSe2}）通过放置不同的TMD薄片在一个共同的基板上彼此靠近，使他们的NLO性能准确地从一个单一的测量。比较了四种单层TMD的$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$，表明它们表现出不同的NLO响应。我们进一步提出了理论模拟的测量结果与定性一致。我们对不同二维层状材料的非线性光学响应的比较研究使我们能够选择原子尺度非线性光子应用的最佳候选者，例如频率转换和全光信号处理。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological nature of in-gap bound states in disordered large-gap monolayer transition metal dichalcogenides
我们提出了一个基于无序（一个孔内的材料）单层过渡金属二硫属化物（TMD）的物理模型，以证明一个大的能隙量子谷霍尔绝缘体。我们发现出现的束缚态躺在里面的TMD的体隙。它们受到自旋谷耦合、静止质量项和动力学质量项以及空穴尺寸的强烈影响。此外，在整个空穴尺寸范围内，至少存在两个角动量相反的能隙束缚态，它们围绕着空穴的边缘循环。利用Chern数分析了它们的拓扑绝缘体（TI）特性，并通过它们的概率空间分布和能量色散曲线（能量与角动量）进行了表征.这不仅有助于克服现有窄禁带TI的低温工作限制，而且为实现谷值和自旋量子比特提供了机会。
2016-01-25 cond-mat.mes-hall
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
Rydberg exciton states and near-infrared light-emitting diode in monolayer MoTe2 devices
本文在BN封装的单层MoTe2器件中实验观测到近红外Rydberg激子和导带劈裂带电激子，并利用石墨底栅调制发射强度，推动MoTe2在近红外量子光电子器件中的应用。
2024-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature Continuous-wave Lasing from Monolayer Molybdenum Ditelluride with a Silicon Nanobeam Cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）提供了最有效的光学增益材料，并有可能使纳米激光器具有最小的增益介质和最低的能量消耗。但是基于TMD的激光演示到目前为止仅限于低温。在这里，我们展示了第一个室温下的激光操作在红外波长从一个单层的硅光子晶体纳米束腔的二碲化钼。我们的演示是通过一个独特的选择TMD材料与硅吸收以下的发射波长，结合高Q腔设计的硅纳米梁。在1132 nm的激光表现出在室温下泵浦的连续波激光，阈值密度为6.6 W/cm 2。0.202 nm的室温线宽是最窄的，相应的Q值为5603，这是TMD激光器观察到的最大值。该演示确立了TMD作为实用的纳米激光材料。硅结构为重要红外波长中的硅兼容纳米光子应用提供了额外的益处。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exciton, trion and localized exciton in monolayer Tungsten Disulfide
双过渡金属二硫属化物（TMD）已经成为使用二维（2D）半导体的各种应用的有前景的材料。由于其独特的光学性质来源于中性和带电激子，因此引起了人们越来越多的关注。在这里，我们报告带负电荷的激子形成单层TMD，特别是二硫化钨WS 2。我们的理论是基于中性和带电激子的有效质量模型，从头计算参数化。考虑到单层WS 2和周围的电介质环境之间的强相关性，我们的理论结果与单光子光致发光（PL）和反射率测量结果吻合得很好。我们还表明，与p-对称性的激子状态，实验观察到的双光子PL发射，是积极低于2s-状态。我们利用平衡质量作用定律，量化激子和氚PL的相对重量。我们发现，激子和trion发射可以调谐和控制的外部参数，如温度，泵浦和注入电子。最后，在与实验测量相比，我们表明，激子发射在单层钨二硫族化物大幅减少。这一特征表明，自由激子可以被困在无序势阱中，形成局域激子，因此提供了一条通往新的光学性质的途径。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall
Reversible engineering the spin-orbit coupling of monolayer MoS2 via laser irradiation under controlled gas atmospheres
单层过渡金属二硫属化物（TMD）具有强的自旋-轨道耦合结合破缺的反转对称性，导致自旋和谷自由度的耦合，使得这些材料对于潜在的自旋电子学和谷电子学应用非常感兴趣。然而，在器件制造后，在室温下根据需要设计自旋轨道耦合（SOC）仍然是其实际应用的一个巨大挑战。在这里，我们可逆地工程单层二硫化钼的自旋轨道耦合的激光照射下的受控气体环境，其中自旋轨道分裂已被有效地调节在120 meV至200 meV。此外，B激子的光致发光（PL）强度可以在2个数量级以上可逆操纵。我们将自旋轨道分裂的工程归因于结合能的降低与能带重整化，源于单层二硫化钼在惰性气体下的增强的吸收系数和随后的显着提高的载流子浓度。在工程阶段的反射率对比光谱提供明确的证据，以支持我们的解释。我们的方法提供了一种新的途径，在室温下主动控制TMDs材料的SOC强度，并为设计创新的自旋电子器件铺平了道路。
2020-09-22 cond-mat.mes-hall
Engineering Fractional Chern Insulators through Periodic Strain in Monolayer Graphene and Transition Metal Dichalcogenides
本文提出在周期性应变的单层石墨烯和过渡金属二硫族化物中实现相互作用驱动的分数陈绝缘体，通过多体严格对角化证实了多种拓扑态，并揭示了高陈数能带中挑战现有理论的新拓扑态。
2024-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Emergent bright excitons with Rashba spin-orbit coupling in atomic monolayers
本研究通过低能有效哈密顿量和Bethe-Salpeter方程，预测原子单层中Rashba自旋轨道耦合可导致1s与2p混合的涌现亮激子，而三角翘曲影响可忽略，为实验提供指导。
2024-01-25 cond-mat.mes-hall
Visualization of dark excitons in semiconductor monolayers for high-sensitivity strain sensing
过渡金属二硫属化物（TMD）是具有半导体相的层状材料，其具有许多有利的光电性质，包括紧密结合的激子和自旋谷锁定。在基于钨的TMD中，自旋和动量禁戒跃迁产生暗激子，暗激子通常是光学不可接近的，但代表系统的最低激子态。暗激子可以深刻地影响亮激子的输运、动力学和相干性，从而阻碍器件性能。因此，至关重要的是创造条件，使这些激子态可以可视化和控制。在这里，我们表明，WS2中的压缩应变使声子散射的光激发电子之间的动量谷，增强形成的黑暗谷间激子。我们发现，动量禁戒激子的发射和光谱特性是可访问的，并强烈依赖于修改能带排列的局部应变环境。这种机制被进一步用于二维半导体中的应变传感，揭示了超过10^4的规范因子。
2022-03-10 cond-mat.mes-hall
Optical probing of Wigner crystallization in monolayer WSe$_2$ via diffraction of longitudinal excitons
ITMO University（ITMO大学）；Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)（莫斯科物理科学与技术学院（国立研究大学））；Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Laboratory of Programmable Functional Materials, Center for Neurophysics and Neuromorphic Technologies（可编程功能材料实验室，神经物理与类脑技术中心）；Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高级研究中心）；Queen’s University（女王大学）
研究通过纵向激子衍射观测单层WSe₂中威金斯晶体化现象，揭示了TMDs中价带电子相关相的光学探测机制。
2026-04-19 cond-mat.mes-hall
Position-dependence of valley polarization and valley coherence of WS2 monolayer flakes
二维过渡金属二硫属化合物（2D-TMDs）与光的手性相互作用近年来引起了科学界的广泛关注。这些原子级薄的半导体的光学选择规则允许将赝自旋归因于TMD的谷，这可以通过使用偏振光来相干地操纵用于信息处理。TMD与圆偏振光和线偏振光的相互作用分别产生谷偏振和相干性。通过对WS 2单层薄片发射光的全斯托克斯偏振分析，我们最终证实了其谷之间存在相干性。我们观察到的光致发光强度，谷偏振和谷相干的空间异质性。光致发光强度与谷偏振和相干性之间的反比关系的发现揭示了（非）辐射衰减速率与谷跳跃之间的相关性。的温度依赖性证实了声子性质的谷去极化和退相干，这可能是由应变和缺陷的存在。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
All optical resonant magnetization switching in $\text{CrI}_3$ monolayers
在不施加外部磁场的情况下有效地控制磁化是自旋电子学的最终目标。我们证明，在单层的$\text{CrI}_3$，磁化可以切换所有光学，通过应用的圆偏振光的共振脉冲。这是由于晶格磁化强度与亮激子跃迁的有效耦合。因此，$\text{CrI}_3$在自旋电子学和超快磁存储领域具有很大的应用潜力，是一种很有前景的功能材料。
2021-04-28 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
Interacting polariton fluids in a monolayer of tungsten disulfide
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有许多性能，使它们有吸引力的实现室温极化激元器件。在单层TMD中操纵极化激元流体的理想平台是布洛赫表面波，布洛赫表面波将电场限制在介质镜表面附近的小体积内。在这里，我们证明了单层二硫化钨（$\text{WS}_2$）可以维持布洛赫表面波极化激元（BSWPs）的拉比分裂为43 meV和传播常数达到33 $μ$ m。此外，我们的证据强烈的极化激元极化激元非线性内BSWPs，表现为一个可逆的蓝移的较低的极化激元共振高达12.9 $\pm$ 0.5毫电子伏。这种非线性是极化激元器件的核心，尚未在TMD极化激元中得到证实。作为一个概念的证明，我们使用的非线性实现非线性极化激元源。我们的研究结果表明，使用TMD的BSWPs可以支持长距离传播与强非线性相结合，使集成光学处理和极化激元电路的潜在应用。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Observation of Rydberg excitons in monolayer MoS2 at room temperature by Imbert-Fedorov shift spectroscopy
针对过渡金属二硫化物中里德伯激子研究受样品质量、背景信号及室温展宽限制的问题，本研究首次利用Imbert-Fedorov位移光谱在室温下观测到单层MoS₂的多个里德伯激子态，提取准粒子带隙并证实温度诱导红移，为相关量子应用提供了表征工具。
2024-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Generation and Detection of Surface Plasmon Polaritons by Transition Metal Dichalcogenides for Chip-level Electronic-Photonic Integrated Circuits
电子学和光子学的单片集成由于其潜在的应用而引起了极大的关注。然而，这种混合电路的实现仍然是一个挑战，因为它需要纳米级的光通信。这种整合的一个主要挑战是确定合适的材料。在讨论了材料方面的挑战后，我们确定了原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）作为实现电路的完美材料平台。TMD的选择是基于它们非常独特的性质：单层TMD能够发射和吸收由直接激子跃迁确定的相同波长的光。为了证明这一概念，我们制作了简单的设备组成的银纳米线作为等离子体激元波导和单层TMD作为有源光电介质。利用光激发，直接光学成像和光谱分析，我们演示了产生和检测表面等离子体激元的单层TMD。过渡金属二硫属化合物作为新型的电子学和光子学材料，有望在下一代集成电路中找到新的应用。
2016-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electronic Structure of Exfoliated Millimeter-Sized Monolayer WSe2 on Silicon Wafer
单层WSe 2在纳米电子学、自旋电子学和谷电子学器件中具有重要的应用前景，因为它在所有已知的单层过渡金属二硫属化物（TMD）中具有最大的自旋分裂和最长的谷相干时间。获得大面积单层TMD晶体是制造可规模化、高性能电子器件的第一步。在这封信中，我们已经成功地制造了毫米级单层WSe 2单晶质量非常高，基于我们的改进的机械剥离方法。有了这些优良的样品，使用标准的高分辨率角分辨光电子能谱，我们做了全面的电子能带结构测量我们的单层WSe 2。整体能带特征表明它是一个1.2eV的直接带隙半导体。它的价带在K点的自旋分裂被发现为460 meV，这是30 meV小于相应的带分裂在其体对应。在γ处测得价带的有效空穴质量为2.344me，在K处测得分裂带的上、下分支的有效空穴质量分别为0.529me和0.532me。衬底的屏蔽效应对薄膜的电学性质有很大的影响。我们的研究结果提供了重要的见解能带结构工程在单层TMD。我们的单层WSe2晶体可能构成一个有价值的设备平台。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Flexoelectric and piezoelectric coupling in a bended MoS$_2$ monolayer
低维（LD）过渡金属二硫属化物（TMD）以纳米片的形式，由一层或多层组成，是密集的基础和应用研究的主题。由于尺寸引起的从大块到纳米级的转变，它们可以是非极性的，压电的甚至是铁电的。此外，就电子性质而言，它们可以是直接带半导体、半金属甚至金属。LD-TMD中的电子性质的调谐通常与施加的应变和应变梯度有关，这可以通过压电和挠曲电耦合强烈地影响它们的极性性质。采用密度泛函理论（DFT）和唯象Landau方法，研究了2 H-MoS $_2$单分子膜的弯曲结构，分析了其挠曲电和压电性能.计算了材料的偶极矩、应变和应变梯度随层内坐标的变化关系。从这些依赖性的组件的flexoelectric和压电张量已被确定和分析。所得结果对LD-TMD在应变工程和柔性电子学中的应用具有指导意义。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulation of emission spectra of transition-metal dichalcogenide monolayers with the multimode Brownian oscillator model
采用多模布朗振子模型模拟了过渡金属二硫属化物单分子膜的发射光谱。WSe_2、WS_2、MoSe_2和MoS_2在不同温度下的光致发光光谱的测量值与模拟值吻合较好。从该模型中提取的Huang-Rhys因子可以与高温下修正的半经验Varshni方程中的因子相关联。通过MBO拟合验证了导致这些TMD独特的温度依赖性发射光谱的各个机制，同时又证实了MBO分析是研究TMD单分子膜光学性质的有效方法。从MBO拟合中提取的参数可以用来探索更全面的模型中的TMD的激子-光子-声子动力学。
2023-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
The effect of metallic substrates on the optical properties of monolayer MoSe$_{2}$
原子薄的材料，如半导体过渡金属二硫属化物（S-TMD），对环境高度敏感。这就为通过改变周围环境从外部控制其属性提供了机会。利用光致发光和反射对比技术研究了几种金属衬底对沉积在其上的MoSe $_2$单层膜光学性质的影响。沉积在Pt、Au、Mo和Zr上的MoSe $_{2}$ ML的光谱具有与金属相关的独特线形。特别是，观察到的强度比和负trion和中性激子之间的能量分离的实质性变化。结果表明，使用金属作为衬底的S-TMD ML的掺杂的影响。该效应的解释涉及在MoSe $_{2}$ ML和金属衬底之间的界面处的肖特基势垒形成。金属/半导体结处能级的对准允许载流子在它们之间转移。我们认为，一个适当的金属基板的选择可以是一种方法，注入适当类型的载流子到各自的频带的S-TMD。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall
Nonlinear excitonic spin Hall effect in monolayer transition metal dichalcogenides
我们提出并分析了一种机制，诱导自旋霍尔电流在普通（1H相）单层过渡金属二硫属化物（TMD）由于光学整流的非线性过程。光诱导自旋电流与光强成正比，来源于TMD中的内禀自旋轨道耦合。自旋电流谱受电子-空穴相互作用（即激子效应）的强烈影响，类似于光学吸收。值得注意的是，激子改变了诱导自旋电流的温度依赖性，甚至可以通过改变温度来逆转电流方向。这种奇特的激子的行为示出出现从两个不同的机制的相对强度的光学响应，即一个纯粹的带间部分和一个混合的带间/带内贡献。此外，我们研究了二次谐波电荷和自旋电流的谷二色性，并证明了不同的谷极化的$s$和$p$激子，源于他们不同的角动量。我们的研究结果铺平了道路，在没有外部静电或磁场的普通TMD的直流自旋电流的产生。
2018-12-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strain-engineering of Berry curvature dipole and valley magnetization in monolayer MoS$_2$
贝里曲率偶极子是一个物理量，它被认为可以在一系列固态系统中产生各种量子几何现象。单层过渡金属双硫族化合物提供了一个特殊的平台，调制和研究Berry曲率偶极子通过应变。在这里，我们从理论上证明和实验验证单层MoS $_\rm{2}$的谷轨道磁化的产生作为响应面内电场由于Berry曲率偶极子。测量的谷轨道磁化强度与计算的Berry曲率偶极子显示出很好的一致性，可以通过应变的大小和方向来控制。我们的结果表明，Berry曲率偶极子作为一个有效的磁场载流系统，提供了一种新的途径产生磁化。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall
All-optical magnetization control in CrI$_3$ monolayers: a microscopic theory
本文结合第一性原理模拟、半导体Bloch方程和Landau-Lifshitz方程构建微观理论，阐明了利用铁磁单层CrI$_3$中亮激子与晶格磁化的相互作用，实现对样品宏观磁化进行可调的全光学共振控制。
2023-05-21 cond-mat.mes-hall
Understanding and predicting trends in adsorption energetics on monolayer transition metal dichalcogenides
本研究考察多种过渡金属在二维TMDs表面的吸附规律，建立吸附能与原子及电子结构描述符的预测模型，并将其关联至非易失性电阻开关能。
2025-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Effects of Interlayer Interaction on Valence-Band Splitting in Transition Metal Dichalcogenides
理解过渡金属二硫属化物（TMD）中价带最大值（VBM）分裂的起源是重要的，因为它支配着单层和多层TMD中独特的自旋和谷物理。在这项工作中，我们提出了我们的系统研究VBM分裂（$Δ$）在原子薄的MoS $_2$和WS $_2$通过采用光电流谱，我们改变温度和层数。我们发现单层MoS $_2$和WS $_2$中的VBM分裂强烈依赖于温度，这与自旋轨道耦合单独决定单层TMD中VBM分裂的理论相矛盾。我们还发现，VBM分裂相对于温度的变化率（$m=\frac{\partialΔ}{\partial T}$）是最高的单层（-0.14 meV/K的MoS $_2$），并随着层数的增加（$m ~ 0$ meV/K的5层MoS $_2$）。利用密度泛函理论（DFT）和基于Bethe-Salpeter方程的GW（GW-BSE）计算方法，研究了不同层间距的双层MoS $_2$的电子能带结构和光吸收特性.我们的模拟结果与实验观察一致，并表明原子级薄单层和多层TMD中VBM分裂的温度依赖性源于相邻层之间的层间耦合强度的变化。通过研究两种不同类型的TMD和许多不同的层厚度，我们还表明，VBM分裂也取决于层数和过渡金属的类型。我们的研究将有助于理解自旋轨道耦合和层间相互作用在确定量子材料中的VBM分裂中所起的作用，并开发基于自旋轨道相互作用的下一代器件。
2022-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical conductivity of monolayer transition metal dichalcogenides in the presence of proximity-induced exchange interaction and external electrical field
本研究理论分析了外场与邻近诱导交换作用下单层过渡金属二硫化物的磁光特性，揭示了朗道能级结构与吸收峰调控规律，为相关光电器件设计提供了理论支撑。
2024-11-02 cond-mat.mes-hall
Antisite defect qubits in monolayer transition metal dichalcogenides
二维（2D）材料具有原子级的薄且易于外部控制的特性，为在室温下实现图案化量子比特的制备和操作提供了新的范例，从而应用于量子信息科学。在这里，我们表明，二维过渡金属二硫属化物（TMD）中的反位缺陷可以提供一个可控的固态自旋量子比特系统。使用高通量的原子模拟，我们确定了几个中性的反位缺陷，位于深的散装带隙和主机的顺磁三重基态的TMD。我们的深入分析揭示了光学跃迁和三重态-单重态系统间交叉过程的存在，这些缺陷量子比特的指纹。作为一个说明性的例子，我们讨论了WS 2中的反位量子位的初始化和读出原理，预计它在未来基于量子位的器件中对多层结构中的层间相互作用是稳定的。我们的研究为在2D TMD中创建可扩展的室温自旋量子位开辟了一条新途径。
2021-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Observation of giant bandgap renormalization and excitonic effects in a monolayer transition metal dichalcogenide semiconductor
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）具有新颖的电学和光学性质，正成为探索二维半导体物理的新平台。在2D中减少屏蔽导致显著增强的电子-电子相互作用，这已被预测产生巨带隙重整化和激子效应。然而，目前，在这些材料中，几乎没有直接的实验证实这种多体效应。在这里，我们提出了一个非常大的激子结合能在二维半导体TMD的实验观察。我们通过扫描隧道光谱（STS）确定单层MoSe 2的单粒子电子带隙，以及通过光致发光光谱（PL）确定两粒子激子跃迁能量来实现这一点。这些量产生单层MoSe 2的激子结合能为0.55 eV，该值比在常规3D半导体中看到的大几个数量级。我们的从头计算GW和Bethe Salpeter方程计算，其中包括电子相关效应，证实了这一发现。本文所观察到的重整化带隙和大激子束缚将对基于单层半导体TMD的电子和光电子器件技术产生深远的影响。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall
A Gapless MoS$_2$ Allotrope Possessing Both Massless Dirac and Heavy Fermions
MoS $_2$是过渡金属二硫属化物（TMD）的一员，由于其优异的力学、热学、电学和光学性能，近年来成为发展最快的二维材料之一。与具有超高电子迁移率的无质量狄拉克费米子的石墨烯不同，单层MoS $_2$是直接带隙半导体。一个有趣的问题出现了：单层MoS $_2$是否也具有超高电子迁移率的无质量狄拉克费米子？在这里，使用第一性原理计算，我们表明，单层的MoS $_2$同素异形体，它由重复的正方形八角形环（缩写为so-MoS $_2$，以区别于正常的六方晶格，h-MoS $_2$）具有无质量狄拉克费米子和重费米子。与石墨烯的$p$ -轨道狄拉克费米子不同，so-MoS $_2$的狄拉克费米子是$d$ -电子并且具有与石墨烯的费米速度相当的费米速度。在so-MoS $_2$中发现的狄拉克锥结构极大地丰富了我们对TMD物理性质的理解，并为开发新型电子/自旋电子器件开辟了新的可能性。
2014-01-30 cond-mat.mes-hall
Light-induced topological superconductivity in transition metal dichalcogenide monolayers
单层过渡金属二硫属化物（TMD）的主机深束缚激子与巡回电子相互作用，因此，他们代表了一个令人兴奋的新的量子多体玻色费米混合物。在这里，我们证明了电子与玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的激子-极化激元相互作用可以实现二维拓扑$p_x+ip_y$超导体。使用强耦合Eliashberg理论，我们表明，这是由一个有吸引力的相互作用介导的BEC，过度补偿电子之间的排斥库仑相互作用。BEC的混合光物质性质对于实现这一点至关重要，因为它可以用于减少延迟效应并增加配对重要的机制中的介导相互作用。最后，我们展示了如何极大的灵活性的TMD允许一个调整的拓扑超导相的临界温度是在实验范围内。
2022-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Photoinduced quantum spin and valley Hall effects and orbital magnetization in monolayer MoS2
我们从理论上证明了利用非共振圆偏振光可以在MoS $_{2}$和其他VI族二硫属化物的单分子膜中获得100%的谷偏振输运。通过调节非共振光的强度，一个谷的本征带隙会减小，而另一个谷的本征带隙会增强，从而实现单谷量子传输。因此，我们预测（i）纵向电导率的增强，伴随着流动电子的自旋极化的增加，（ii）固有的自旋霍尔效应的增强，连同固有的谷霍尔效应的减少，以及（iii）轨道磁矩和轨道磁化的增强。这些机制为基于二硫属化合物的纳米电子学设计提供了有吸引力的机会。
2015-04-18 cond-mat.mes-hall
Giant spin-orbit splitting of point defect states in monolayer WS$_2$
自旋-轨道耦合（SOC）效应在单层纯过渡金属二硫属化物（TMD）中具有重要意义。在这里，我们表明，点缺陷，这是无处不在的TMD膜，表现出更强的SOC效应，并彻底改变主机材料的物理。在这篇文章中，我们选择了具有代表性的单层WS \sub{2}板从TMD家族连同七种典型类型的点缺陷，包括单空位，晶体，和反位。我们计算了这些缺陷的形成能，并研究了自旋轨道耦合（SOC）对相应缺陷态的影响。我们发现，S单空位（V \sub{S}）和S间隙（吸附原子）具有最低的形成能。在V \sub{S}和W \sub {S和W \sub{S2}反位的情况下，当考虑SOC时，缺陷态表现出高达296 meV的巨大分裂。取决于缺陷态相对于导带最小值（CBM）的相对位置，混合功能HSE将使分裂增加高达60 meV（远离CBM），或使分裂减少高达57 meV（接近CBM）。此外，我们还发现W的\sub{S}和W的\sub{S2}反位都具有2 $μ_{B}$的磁矩，并局限于反位W原子和相邻的W原子上.所有这些发现提供了新的见解，在SOC下的缺陷行为点的新的可能性自旋电子学应用的TMD。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall
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
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
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
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
Tunable properties of excitons in double monolayer semiconductor heterostructures
本文通过切比雪夫多项式展开和连续介质模型，系统研究了带介电间隔层的TMD双层中激子结合能与能量随间隔层宽度和介电常数的可调性质。
2023-05-05 cond-mat.mes-hall 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
Spin-Valley Locking Effect in Defect States of Monolayer MoS$_2$
二维过渡金属二硫属化物（TMD）中的谷赝自旋可以实现自旋谷极化和谷间量子相干性的光学控制。TMD中的缺陷态会产生新的激子特征，理论上表现出自旋谷极化，然而，这种现象的实验实现仍然存在挑战。在这里，我们报告明确的谷赝自旋的缺陷束缚局域激子在CVD生长的单层二硫化钼增强谷塞曼分裂的有效g因子为-6.2。我们的研究结果表明，所有五个d轨道和增加的有效电子质量有助于缺陷态的带移，展示了一个新的物理缺陷束缚局域激子的磁响应，显着不同的A激子。我们的工作铺平了道路的自旋谷自由度的操纵，通过对valleytronic设备的缺陷。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
