Electrically switchable valley polarization, spin/valley filter, and valve effects in transition-metal dichalcogenide monolayers interfaced with two-dimensional ferromagnetic semiconductors
过渡金属二硫属化物单层中的电子谷驱动新的物理学，并允许设计多功能架构的应用。我们建议通过能带工程来操纵这些系统中的自旋/谷滤波器和阀器件的电子谷。在我们的策略中，电子谷直接耦合到二维铁磁体的自旋极化态，而不是在以前的研究中广泛使用的磁邻近效应。我们发现，这种耦合的结果在谷选择性的间隙开放，由于自旋动量锁定在过渡金属二硫属化物单层。这种物理现象引起了各种意想不到的电子性质和现象，包括半金属性，电可切换的谷极化，自旋/谷过滤器和阀效应的过渡金属二硫属化物单层。基于第一性原理计算，我们在MoTe $_2$/CoCl $_2$和CoCl $_2$/MoTe $_2$/CoCl $_2$ van der Waals异质结中进一步证明了我们的想法.因此，我们的研究提供了一种新概念器件的过渡金属二硫属化物单分子膜的电子谷工程的方法。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Chirality of Valley Excitons in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides
通过控制过渡金属二硫属化物中的谷自由度，谷选择性圆二色性已经成为谷电子学中的关键概念。在这篇手稿中，我们表明，谷激子-束缚电子-空穴对形成在任何一个K或K'谷吸收圆偏振光-是手性准粒子的特点是一个有限的轨道角动量（OAM）。基于Bethe-Salpeter方程，我们进一步建立了谷选择性圆二色性和谷激子的从头算多体理论。除了控制与圆偏振光的相互作用之外，OAM赋予激子有限的磁化强度，其通过与外部磁场相互作用时的激子塞曼分裂来表现自身。我们的从头计算和最近的实验测量激子塞曼位移之间的良好协议证实了这一点。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Review of Ultrafast Spectroscopy Studies of Valley Carrier Dynamics in Two Dimensional Semiconducting Transition Metal Dichalcogenides
二维层状过渡金属二硫属化合物为未来基于谷的信息处理提供了新的机会，也为研究激子效应提供了理想的平台。在各种器件物理的中心，对他们可能的电子和光电应用是理解各种多粒子电子态的动态演化，特别是激子占主导地位的TMD的光电响应，在新的背景下的自由度谷。在这里，我们提供了一个简单的回顾，在使用螺旋度分辨超快光谱，特别是超快泵浦探测光谱，研究半导体单层过渡金属二硫属化物谷相关的多粒子电子态的动态演化的实验进展。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic control of the valley degree of freedom of massive Dirac fermions with application to transition metal dichalcogenides
我们研究了过渡金属二硫属化物等多通道系统中大质量狄拉克费米子的谷相关磁性和输运性质。第零朗道能级在谷间的不对称性和磁化率的增强可以归因于与每个谷相关的不同轨道磁矩。这允许通过调节外部磁场和掺杂水平来控制谷极化。由于这种磁场引起的谷极化，存在对普通霍尔效应的额外贡献。所有这些效应都可以用一个带谷轨耦合项的低能有效理论来描述。
2013-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of the energy competition between Γand K valleys in bilayer transition metal dichalcogenides
通过从头计算研究双层过渡金属二硫化物中Γ谷和K谷的能量竞争，揭示层间距离和d轨道相关性对莫尔子带物理的影响。
2023-10-30 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
Spin-orbit coupling induced valley Hall effects in transition-metal dichalcogenides
在过渡金属二硫属化物中，K谷中的电子可以经历伊辛和拉什巴自旋轨道耦合。在这项工作中，我们表明，Ising和Rashba自旋轨道耦合的共存导致了一种特殊类型的谷霍尔效应，我们称之为自旋轨道耦合诱导谷霍尔效应。重要的是，在导带边缘附近，由自旋-轨道耦合产生的谷依赖的Berry曲率通过外部门高度可调，并且在可访问的实验条件下主导源自轨道自由度的固有Berry曲率。我们发现，自旋轨道耦合诱导的谷霍尔效应表现在谷霍尔电导率的栅极依赖性，这可以检测到的克尔效应实验。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear valley Hall effect in a bilayer transition metal dichalcogenide
本文以MoS2双层为例，通过非线性输运机制在单轴应变下实现谷对比霍尔输运，发现应变诱导的能带倾斜和自旋轨道耦合劈裂可产生显著且高度可调的非线性谷霍尔电导率，拓展了谷电子学材料选择。
2024-12-27 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
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
Electrical valley filtering in transition metal dichalcogenides
本文研究了过渡金属二硫族化合物空穴电谷滤波的可行性。我们专门研究了利用势垒产生谷依赖隧穿率的方案，并使用基于k.p的分析方法和基于递归格林函数的数值方法进行研究。研究结果表明，在均质和非均质体系中，空穴通过横向量子势垒时，透射系数随入射能量和横波矢量的变化关系为扶手椅型或锯齿型.主要结论如下：1）隧穿电流谷极化随着势垒宽度或高度的增加而增加，2）谷-轨道相互作用和能带结构翘曲都有助于谷相关隧穿，其中前一种贡献在具有不对称势垒的结构中是明显的，而后者是取向相关的并且在扶手椅方向上达到最大传输，以及3）对于透射率~ 0.1，可以实现10%数量级的隧穿电流谷极化。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of uniaxial strain on monolayer transition-metal dichalcogenides revisited
University of Delaware（特拉华大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究单层过渡金属二硫化物在单轴应变下的带隙变化，揭示应变对电子谷和空穴谷的影响，解释光致发光强度变化的机理。
2026-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides
由于石墨烯在电子应用中的成功和局限性，第VI族过渡金属二硫属化物的原子薄层作为一类在可见频率范围内具有所需带隙的石墨烯类半导体引起了广泛的兴趣。在第一布里渊区的两个谷中存在一个符号相反的价带自旋分裂。这种自旋-谷耦合，特别是在钨二硫属化物中显著，可以有益于潜在的自旋电子学和谷电子学，具有自旋-谷相互作用以及抑制自旋和谷弛豫的重要后果。在这里，我们报告的第一个光学研究WS 2和WSe 2单层和多层膜。二次谐波产生的效率显示出戏剧性的偶奇振荡的层数，一致的存在（不存在）的反转对称的偶数层（奇数层）。光致发光（PL）的测量表明，从一个间接带隙半导体在多层膜的直接带隙在单层的交叉。PL光谱和第一性原理计算一致地揭示了0.4 eV的自旋-谷耦合，其抑制了层间跳跃，并表现为在K点附近的价带边缘处的厚度无关的分裂图案。这种巨大的自旋谷耦合，连同谷依赖的物理性质，可能会导致丰富的可能性操纵自旋和谷自由度在这些原子薄的二维材料。
2012-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarized magnetic state in hole-doped mono layers of transition metal dichalcogenides
我们计算的谷/磁相图的单层过渡金属dichalcogenides在空穴掺杂区的自旋轨道效应是特别相关的。考虑到由于过渡金属原子的存在，中等到高的局部电子-电子相互作用，我们表明，该系统是不稳定的巡游铁磁相，其中所有的载流子是自旋和谷极化。这个相位显示出异常电荷霍尔和异常自旋霍尔响应，因此可以通过实验检测到。
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Band nesting, massive Dirac Fermions and Valley Lande and Zeeman effects in transition metal dichalcogenides: a tight-binding model
本研究构建了单层过渡金属二硫化物的最小紧束缚模型，通过纳入次近邻隧穿准确刻画其能带结构与谷磁效应，参数拟合与DFT计算结果吻合良好。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
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
Valley polarization and photocurrent generation in transition metal dichalcogenide alloy MoS$_{2x}$Se$_{2(1-x)}$
本研究实验探究了单层和双层TMDC合金MoS$_{2x}$Se$_{2(1-x)}$的谷极化与圆光致伏打效应光电流产生及电控，结合第一性原理计算，证实了内部电场打破面外镜面对称性。
2023-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature thermal transport and thermopower of monolayer transition metal dichalcogenide semiconductors
研究了单层过渡金属二硫属化合物的低温热导率。在热主要通过电子传输进行的低温状态下，热导率通过Wiedemann-Franz定律与电导率相关联。使用描述$ K $和$ K^{'} $谷边缘的\textit{k.p}哈密顿量，我们使用Kubo公式计算零频率电导率（Drude），以获得热导率的数值估计。杂质散射决定的渡越时间的电子进入德鲁德表达式内的自洽玻恩近似评估。解析表达式表明，低温热导率1）由单层TMDC谷边的带隙决定; 2）当存在无序时，热导率明显降低，无序可导致变程跳跃区。此外，我们计算莫特热势，并表明，在高频光束，建立一个Floquet哈密顿量，谷分辨热势可以得到。最后的总结回顾了结果的影响，随后简要讨论了Wiedemann-Franz定律的适用性及其在计算中的应用。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Valley Coherent Hot Carriers and Thermal Relaxation in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们显示室温谷相干性与MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2单层使用线性偏振分辨热光致发光（PL），在接近激发的能量-证明保存谷相干性之前，充分的散射事件。共极化热发光的特点，使我们能够提取的结合能的下限为0.42（+/- 0.02）eV的单层二硫化钼中的A激子。PL峰的展宽被发现是由玻尔兹曼型热发光尾，并使用指数衰减的斜率，在原位提取的载流子温度在不同阶段的能量弛豫。在弛豫过程中发射的光学声子的温度探测通过利用相应的拉曼峰的加宽，由于温度引起的非谐效应。研究结果提供了谷相干热载流子光生及其随后的能量弛豫路径的物理图像。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Out-of-plane carrier spin in transition-metal dichalcogenides under electric current
在由铁磁体和重金属组成的多层膜中，由于Rashba自旋-轨道耦合作用，外加电流诱导出面内载流子自旋，而不存在面外分量。通过对称性论证和第一性原理计算，我们提出了铁磁过渡金属双硫族化合物单层膜中可以出现离面载流子自旋。单层中的固有自旋-轨道耦合提供谷对比塞曼型自旋分裂以产生垂直诱导自旋。可以利用电流方向来调整诱导自旋，并伴有谷极化。奇异的自旋积累为垂直磁化翻转和谷的电控制铺平了道路。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
All-optical injection of charge, spin and valley currents in monolayer transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物最近成为自旋电子学和谷电子学研究的一个领域。它们的低能谱可以用布里渊区角上的狄拉克锥来描述，但由于自旋简并被提升，光学选择规则是谷依赖的，因此其物理性质比石墨烯更丰富。这已被利用的自旋和谷极化电流的应用程序的静态电场的光学注入。本文研究了注入电荷、自旋和谷极化电流的全光学方法。基波光场及其二次谐波的存在可以导致电流的注入，这是由于涉及单光子和双光子吸收过程之间的量子干涉的非线性效应。我们分析了如何注入量可以通过入射光场的参数进行控制，允许控制能力超出那些实现静态字段，并讨论了我们的结果的实验验证的条件。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin and valley dynamics of excitons in transition metal dichalcogenides monolayers
过渡金属二硫属化物，即钼和钨的二硫化物和二硒化物的单层表现出与自旋谷锁定效应相关的不寻常的光学性质。特别地，由圆偏振光激发单层选择性地在动量空间中的非等效谷中产生电子-空穴对或激子，这取决于光螺旋度。这允许通过光学光谱学研究载流子和库仑络合物的谷间动力学。本文对过渡金属二硫属化合物单分子膜中的中性激子精细结构及其自旋和谷动力学进行了简要的综述。结果表明，激子中电子和空穴之间的长程交换相互作用是不同谷区的电子-空穴对构成的亮激子快速混合的有效机制.我们讨论了远程交换相互作用的物理起源，并概述了其推导电动力学和$\mathbf k \cdot \mathbf p$的方法。我们进一步提出了一个模型的亮激子自旋动力学驱动的长程交换相互作用和散射之间的相互作用。最后，我们讨论了应用该模型来描述最近的实验数据所获得的时间分辨光致发光和克尔旋转技术。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Femtosecond valley polarization and topological resonances in transition metal dichalcogenides
我们在理论上引入了过渡金属二硫属化物单层中显著布居和谷极化的基本上最快的诱导（即，$\mathrm{MoS_2}$和$\mathrm{WS_2}$）。这可以扩展到具有相同对称性的其他二维材料。这种谷偏振可以通过仅由持续时间为几飞秒、振幅为$\sim0.2~\mathrm V/\mathrmÅ$的单个光学振荡组成的脉冲来写入和读出。在此条件下，我们预言了一种新的{ \em拓扑共振}效应，这是由于电子在倒易空间中的Bloch运动，在倒易空间中形成了由非阿贝尔Berry曲率定义的电子布居织构.所预言的现象可应用于PHz波段光电子学中的信息存储和处理。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Light-Wave Engineering for Selective Polarization of a Single $\mathbf{Q}$ Valley in Transition Metal Dichalcogenides
本文提出通过光波工程实现单个Q谷的定向极化，利用圆偏振泵浦脉冲与线偏振驱动脉冲的相干结合，设计量子路径以精确激发Q谷，实现高保真度的谷极化。
2026-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Valley Zeeman effect and Landau levels in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
本文在考虑自旋轨道耦合的Luttinger-Kohn近似下，对二维H-相变金属二硫属化物（TMD）中的谷塞曼效应（g因子）和朗道能级进行了理论描述。在TMD的谷极值处，在均匀的面外磁场的存在下，能带分裂成具有塞曼位移的朗道能级。朗道能级指数在$K$谷和$K'$谷是对称的。我们开发了一种数值方法来计算单波段g因子的第一原理，而不需要一个未占用频带的总和。多体效应被微扰地包括在GW近似中。在GW计算中的非本地交换和相关自能效应增加了单带g-因子的幅度相比，从密度泛函理论。我们的第一原理的结果给出自旋和谷分裂朗道能级，与最近的光学实验。对于单层WSe $_2$中的亮激子和暗激子，以及不同扭曲角的MoSe $_2$ -WSe $_2$异质双层膜中的最低能量亮激子，本文推导的激子g因子也与实验符合得很好.
2020-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spin-orbit engineering in transition metal dichalcogenide alloy monolayers
过渡金属二硫属化物（TMDC）单层膜是近年来发现的一种新型半导体材料，在电子学和光电子学领域有着广泛的应用。大多数研究都集中在具有共同特性的二元单层膜上：直接光学带隙，数百meV的自旋轨道（SO）分裂，由强大的激子和耦合的电子自旋谷态主导的光-物质相互作用。对合金基单层的研究是最近的，但它们不仅可以通过特定的工程扩展TMDC应用的可能性，而且还有助于理解每种二元材料之间的差异。在这里，我们合成了高度结晶的Mo $_{(1-x)}$ W $_{x}$ Se $_2$，以显示在三元合金单层中的直接光学带隙和SO耦合的工程。我们研究了SO自旋分裂的调谐对光学和偏振性质的影响。我们示出了作为钨浓度的函数的光学产生的谷偏振的非线性增加，其中40%的钨掺入足以实现与二元WSe 2一样高的谷偏振。我们还探测了导带SO自旋分裂的调谐对亮态与暗态人口的影响，即PL发射强度。我们发现，MoSe2的PL强度作为温度的函数降低了一个数量级，而对于WSe2，我们测量到令人惊讶的数量级增加在相同的温度范围内（T = 4 - 300 K）。三元材料显示出介于这两种极端行为之间的趋势。这些结果表明，在三元TMDC合金的光电子和应用的基础上的电子自旋和谷控制的SO工程的强大潜力。
2015-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced valley polarization in WS$_2$/LaMnO$_3$ heterostructure
过渡金属双硫族化合物单层膜在电子谷器件中具有潜在的应用价值。然而，由于谷间散射的存在，谷偏振度通常不高。在这里，我们证明了一个大大增强的谷极化在单层WS $_2$在非共振激发下，在4.2 K下使用WS $_2$ /LaMnO $_3$薄膜异质结构，这是远远高于单层WS $_2$在SiO $_2$ /Si衬底的谷极化为15\%。在160 K左右的高温下，谷极化率仍保持在53%左右。谷极化的温度依赖性与LaMnO $_3$的热磁曲线密切相关，表明WS $_2$和LaMnO $_3$之间存在激子-磁振子耦合。一个简单的模型被引入来说明潜在的机制。WS $_2$和LaMnO $_3$的耦合被进一步证实与观察到的两个层间激子具有相反的谷极化的异质结构，导致从自旋轨道耦合诱导的单层过渡金属二硫属化物的导带分裂。我们的研究结果提供了一种途径，以控制valleytronic性能的过渡金属dichalcogenides通过铁磁范德华工程，铺平了道路，实际valleytronic应用。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cyclic structure of Landau levels in transition metal dichalcogenide semiconductors
本文通过三能带模型揭示二维过渡金属二硫化物中Landau能级的循环结构，解释其异常斜率和磁化非对称性，并探讨了杂质对零阶能级鲁棒性的影响。
2025-11-24 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Understanding High-Field Electron Transport Properties of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides and Strain Effects
单层过渡金属二硫属化物（MX 2）是未来电子学的有前途的候选者。虽然低电场下的输运性质（例如迁移率）已经被广泛研究，但是对于许多应用重要的高场性质的研究有限。特别是，缺乏对不同MX2之间属性差异的物理起源的理解。本文采用第一性原理计算和蒙特卡罗模拟相结合的方法，研究了无缺陷的无应变和有应变的MX2（M=Mo，W，X=S，Se）中的高场电子输运.我们发现，WS2具有最高的峰值速度（由于其最小的有效质量），可以达到在最低的电场（由于其最高的流动性）。应变可以通过增加散射能量来增加峰值速度。在达到峰值速度后，大多数MX2表现出负微分迁移率（NDM）。由于电子从低能小质量谷向高能大质量谷的转移效应最强，WS2在未应变的MX2中显示出最大的NDM。张应变增加了谷间距，一方面抑制了WS 2中的电子转移，另一方面允许电子进入低能谷的非抛物能带区域。后一种效应导致电子在低能谷中的NDM，这可以在中等应变下显著增加总体NDM。在低能谷区，谷区分离引起的NDM是一种普遍现象。我们的工作揭示了不同MX2高场输运性质差异的物理因素，并确定了最有前途的候选者以及进一步改进的有效方法。
2020-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic density wave and spin-valley superfluid in bilayer transition metal dichalcogenide
二维范德瓦尔斯异质结构中的人工云纹超晶格是实现和控制关联电子现象的新途径。最近，扭曲双层WSe $_2$出现作为一个新的强大的莫尔系统托管相关绝缘体在莫尔半填充在一定范围内的扭曲角。在这项工作中，我们提出了一个理论，这种绝缘状态作为激子密度波由于谷间电子-空穴配对。我们表明，费米能级附近的范霍夫奇异性强烈增强了激子凝聚。我们的理论解释了绝缘间隙对垂直电场的显著敏感性。相反，间隙被垂直磁场微弱地减小，在低场具有二次依赖性。对电场和磁场的不同响应可以理解为在BCS模拟系统中的对断裂效应与非对断裂效应。我们进一步预测了这种电绝缘体中的超流自旋输运，这可以通过光学自旋注入和时空成像来检测。
2020-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and Thermoelectric Properties of Few-Layer Transition Metal Dichalcogenides
计算了1 ~ 4个单层的MoS $_{2}$、MoSe $_{2}$、WS $_{2}$和WSe $_{2}$的电子和热电性质。对于较少的层厚度，导带$K$和$Σ$谷以及价带$Γ$和$K$谷的近简并增强了n型和p型热电性能。层间杂化和能级分裂决定了谷最小值的$k_BT$内的模式数量如何随层厚度变化。在所有情况下，最大ZT与带边缘的$k_BT$内的最大近简并一致，这导致模式密度的最急剧的开启。出现这种最大值的厚度通常不是单层。从几个层到散装的过渡进行了讨论。所有材料和层厚度的有效质量、能隙、功率因数和ZT值均以表格形式列出。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kanamori-Moiré-Hubbard model for transition metal dichalcogenide homobilayers
本研究针对Γ谷过渡金属二硫化物同质双层体系，通过万尼尔化推导得到更普适的Kanamori-Moiré-Hubbard模型，结合数值方法研究半填充莫尔能带，预测了反铁磁态、S=1铁磁绝缘体等多种物态，为后续实验验证提供理论依据。
2023-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
All-optical nonreciprocity due to valley polarization in transition metal dichalcogenides
非互易性和非互易性光学器件通过强制光的单向传播在现代光子技术中起着至关重要的作用。目前，大多数非互易器件都是由一类特殊的低损耗铁氧体制成的，这种铁氧体在外部静态磁场的存在下会表现出磁光响应。虽然打破了传输对称性，但由于铁氧体在光波长处的非互易响应特性较弱，无法满足光子电路小型化的需要，并且不容易集成到片上光子系统中。这些挑战导致了依赖于打破时间反演对称性的无磁方法的出现，例如，利用非线性效应及时调制光学系统。在这里，我们展示了一个全光学方法的非互易性的基础上，非线性谷选择性响应过渡金属二硫属化物（TMD）。这种方法克服了磁性材料的限制，并且不需要外部磁场。我们提供了实验证据的光致非互易性单层WS 2由圆偏振光泵浦。非互易性源于谷选择性激子-激子相互作用，引起由圆偏振泵浦场控制的非线性圆二色性。我们的实验结果揭示了一个显着的效果，即使在室温下，尽管相当大的间隔散射，显示出潜在的实际应用中的无磁非互易平台。作为一个例子，我们提出了一个设备的计划，以实现一个光隔离器的基础上通过氮化硅（SiN）环形谐振器集成的光偏置TMD单层。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Interlayer coupling in commensurate and incommensurate bilayer structures of transition metal dichalcogenides
用微扰方法研究了过渡金属双硫族化合物的公度和非公度双层结构中的层间耦合。\pm K谷中的层间耦合可以分解为一系列具有不同相位因子的跳跃项。在H型和R型对称双层膜中，三个主要项之间的干涉导致层间耦合强度对平移的敏感依赖性。通过拟合从头算结果，发现主要的跳跃项的大小为几十个meV。研究了价带Γ谷和导带Q谷的层间耦合。所获得的几百meV的强耦合强度可以在介导过渡金属二硫属化合物异质层中的超快层间电荷转移中发挥重要作用。
2017-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic circular polarization in centrosymmetric stacks of transition-metal dichalcogenides
圆偏振（CP）的光致发光继承的激发源在n个单层的过渡金属二硫属化物（MX 2）n先前已被解释为一个特殊的功能，奇数值的n，其中的反转对称性是不存在的。这种谷极化效应是由于在没有反转的情况下，不同带谷中的载流子可以被不同的圆偏振光选择性地激发。对非中心对称系统的这种限制对用于实现CP的材料选择造成限制。虽然有几个实验在中心对称的MX2系统中观察到CP，对于MX2中的双层，由于一些外部样品不规则性，它们被排除。在这里，我们还表明，对于n =甚至反转对称性是存在和谷极化物理是严格缺席，这种内在的选择性CP是预期的基础上的基本自旋轨道物理。CP的第一性原理计算预测n = 2双层的显著极化：从69%的MoS2到93%的WS2。这一认识可扩大被视为清洁生产来源的材料范围。
2015-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley excitons in two-dimensional semiconductors
单层第六族过渡金属二硫属化物最近出现作为一类新的半导体在二维极限。吸引人的特性包括：可见光范围内的直接带隙是探索光电应用的理想选择;与载流子自旋和谷赝自旋相关的有趣物理学，这意味着基于这些内部自由度的新型电子学的潜力;由于二维几何形状和大的有效质量，特别强的库仑相互作用。激子是电子和空穴的束缚态，是二维半导体中最活跃的研究课题之一。由于激子具有很强的库仑束缚、带边的谷简并性以及带间跃迁的谷依赖光学选择规则，激子表现出了许多新的特性。在这里，我们给出了一个简要的概述二维过渡金属二硫属化物激子的实验和理论研究结果，重点是与他们的谷自由度的新特性。
2015-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band filling and cross quantum capacitance in ion gated semiconducting transition metal dichalcogenide monolayers
基于半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的离子液体门控场效应晶体管（FET）被用于研究丰富多样的极其有趣的物理现象，但是载流子如何在这些系统中积累的重要方面尚不清楚。我们解决这些问题通过一个系统的实验研究的运输在单层的MoSe $_2$和WSe $_2$作为磁场和栅极电压的函数，探索范围从约10 $^{14}$ cm $^{-2}$空穴的价带中的4 × 10 $^{14}$ cm $^{-2}$电子的导带中的载流子的累积密度。我们确定的条件时，化学势进入不同的谷在单层能带结构（K和Q谷的导带和两个自旋分裂的K谷的价带），并发现一个独立的电子图片描述的占领状态。然而，出乎意料的是，当多个谷被占据时，实验显示出器件电容的非常大的变化，这与这些系统的通常预期的量子电容贡献完全不相容，$\textit{C}$ $_Q$ = $\textit{e}^2$ /（d $μ$ /d $\textit{n}$）。这种意想不到的行为归因于交叉量子电容的存在，交叉量子电容源于一个板上的电荷产生的电场与另一个板上的电荷的屏蔽。因此，我们的研究结果揭示了物理系统电容的重要贡献，而这一点到目前为止几乎完全被忽视。（由于篇幅限制，摘要较短-全文见手稿）
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polaritons in transition-metal dichalcogenides and their direct excitation via energy transfer
激子是电子-空穴复合准粒子，在许多半导体材料的光电现象中起着重要的作用。最近的实验和理论表明，新发现的单层过渡金属二硫属化物（TMD）的带隙光学是由紧密束缚的谷激子控制的。在这些二维系统中，激子与长程电磁场的强相互作用可以显著地影响它们的本征性质。在这里，我们开发了一个半经典的框架内固有激子极化激元在单层TMD，对待他们的色散和辐射衰减在同一个立足点，并可以将介电环境的影响。它演示了谷间和谷内长程相互作用如何影响极化激子本征态的色散和衰减。我们还表明，激子极化激元可以有效地激发通过共振能量转移从量子发射体，如量子点，这可能是有用的各种应用。
2015-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Charge-separated electron-hole liquid in transition metal dichalcogenide heterostructures
被认为是基于过渡金属二硫属化物的单层（双层）的II型异质结构中的电子空穴液体的形成的可能性。它表明，额外的山谷中的导带，这是存在于双层，需要其观察。用变分法求出了层间激子的结合能。给出了电子-空穴液体复合线形状的解析公式。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer degree of freedom for excitons in transition metal dichalcogenides
层状过渡金属二硫属化合物（TMDC）中含有多种强束缚激子复合物，这些复合物控制着这些材料的光学性质。除了自旋和谷，层折射率在几层厚膜中提供了额外的自由度。在这里，我们表明，在一个少层TMDC膜，导电和价带边缘状态的波函数有助于K（K '）谷在空间上被限制在交替层-产生直接（准）层内亮激子和低能量层间暗激子。根据自旋和谷配置，明亮的激子状态被进一步发现是一个相干叠加的两个层诱导的状态，一个（E型）分布在偶数层和其他（O型）在奇数层。亮激子的层内性质表现为激子结合能对少层膜的厚度的相对弱的依赖性，并且结合能在体极限中保持高达50 meV-这比常规半导体高一个数量级。从层内亮态到层间暗态的快速Stokes能量转移在光致发光峰的层依赖性加宽中提供了清晰的特征，并且在厚度超过单层的TMDC中观察到的光致发光强度的抑制中起着关键作用。
2019-05-07 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
Measurement of Conduction and Valence Bands g-factors in a Transition Metal Dichalcogenide Monolayer
在磁场中进行的光学和输运测量中，可以操纵单层过渡金属二硫属化物中的电子谷和自旋自由度。确定塞曼分裂的关键参数，即电子和空穴g因子的单独贡献，在大多数测量中是不可访问的。在这里，我们提出了一个原始的方法，使访问的导带和价带的测量塞曼分裂的各自的贡献。它利用了激子复合物的光学选择规则，特别是涉及谷间声子的规则，避免了在传输实验中损害单粒子g因子确定的强重整化效应。这些研究产生了一个直接确定的单带g因子。我们测量gc1= 0.86，gc2=3.84的底部（顶部）的导带和gv=6.1的单层WSe 2的价带。这些测量有助于对在磁场中进行的光学和输运测量进行定量解释。此外，测量的g因子是用于优化这些2D材料的能带结构计算的有价值的输入参数。
2020-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
