Radiative Lifetimes of Excitons and Trions in Monolayers of Metal Dichalcogenide MoS2
我们目前的结果激子和trions在一个单层的金属二硫属化物二硫化钼的辐射寿命。小的激子半径和大的激子光振子强度导致具有小的面内动量并耦合到辐射的激子的辐射寿命在0.18-0.30 ps范围内。热分布激子的平均寿命线性地依赖于激子温度，并且在小温度下可以在几皮秒范围内，在室温附近可以超过一纳秒。定域激子的寿命在相同的范围内，并且寿命随着定域长度的减小而增加。氚子的辐射寿命在几百皮秒的范围内，并且随着氚子动量的增加而增加。热分布的trions的平均寿命增加的trions温度作为trions获得热能和更大的动量。我们希望我们的理论结果适用于大多数其他2D过渡金属二硫属化物。
2015-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-exciton interaction in transition metal dichalcogenide monolayers and van der Waals heterostructures
由于强库仑相互作用，激子在2D材料中主导激发动力学。虽然电子之间的库仑散射已经得到了很好的研究，但激子的相互作用更具挑战性，仍有待探索。激子作为由电子和空穴组成的中性复合玻色子，表现出非平凡的散射动力学。本文研究了过渡金属二硫族化合物及相关的范德华异质结中的微观基础激子-激子相互作用。我们表明，有效的散射的关键标准是一个大的电子/空穴质量不对称引起的内部电荷的不均匀性的激子，并强调其cobosonic子结构。此外，交换和直接激子-激子相互作用都通过增强激子玻尔半径来增强。我们还预测了一个意想不到的温度依赖性，通常与声子驱动的散射，我们揭示了一个数量级更强的相互作用的层间激子由于其永久的偶极矩。所发展的方法可以推广到任意材料系统，并将有助于研究强关联激子系统，如莫尔超晶格。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic magneto-optics in monolayer transition metal dichalcogenides: From nanoribbons to two-dimensional response
采用纳米尺度几何结构研究了单层过渡金属二硫属化物（TMD）的磁光响应，包括激子效应。我们计算了对角电导率和霍尔电导率。激子光学霍尔电导率在独立粒子近似中得到的结果进行比较，我们发现，当激子效应被包括在内的幅度对应于一个数量级的增加。霍尔电导率被用来计算法拉第旋转光谱MoS2和WSe2。最后，我们还计算了WSe_2激子态在不同介电环境中的抗磁位移。比较计算的抗磁位移最近的实验测量，我们发现两者之间有很好的协议。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brightening of spin- and momentum-dark excitons in transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMD）由于其由亮激子态和暗激子态组成的显著激子景观而成为当前研究的焦点。虽然暗激子在光谱中不可直接看到，但它们对激子动力学有很大的影响，因此对它们的理解对于潜在的基于TMD的应用至关重要。在这里，我们研究了暗激子通过与声子和面内磁场相互作用的增亮机制。我们在WS $_2$、WSe $_2$和MoS $_2$中发现了动量暗激子和自旋暗激子的清晰特征，而MoSe $_2$的光致发光仅由亮激子决定.特别是，我们揭示了背后的机制都是自旋\textit{and}动量暗态的MoS $_2$的亮度。我们的研究结果与最近的实验结果是一致的，有助于更好地微观理解的激子景观在TMD。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast exciton relaxation in monolayer transition metal dichalcogenides
我们研究了一种机制，激子进行超快弛豫在常见的单层过渡金属dichalcogenides。结果表明，在密度为$\approx$ 1 $\times$ 10 $^{11}$ cm $^{-2}$和温度为$ \le 60$ K时，在已知的单分子膜（MoS $_2$，MoSe $_2$，WS $_2$和WSe $_2$）中激子以点状无结构电子空穴准粒子的形式存在.我们评估激子能量弛豫的平均速率，由于声学声子通过变形势和压电耦合机制，并检查激子波函数的传播到垂直于单层平面的区域的效果。结果表明，激子弛豫速率随激子温度的升高而增大，随晶格温度的升高而减小。当计算外推到室温时，与现有的实验数据得到了很好的协议。一个统一的方法，考虑到变形势和压电耦合机制表明，激子弛豫引起的声子是显着的缺陷辅助散射和捕获激子的表面态在单层过渡金属二硫属化物。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brightening odd-parity excitons in transition-metal dichalcogenides: Rashba spin-orbit interaction, skyrmions, and cavity polaritons
奇数角动量激子态在过渡金属二硫属化物单层中是暗到亮的，只能通过双光子探针来解决。此外，$2p$激子态预计会显示出精细的分裂，这是由材料的特殊电子能带结构引起的，其特征在于每个谷周围的有限Berry曲率。在这项工作中，我们详细研究了光子耦合到$p$激子态，我们发现，Rashba自旋轨道相互作用或Skyrmion在过渡金属dichalcogenide基板可以利用工程师有限的光学选择规则。基础机制依赖于激子角动量与Rashba自旋轨道相互作用或Skyrmion拓扑电荷的缠绕的匹配。在光子腔中，由于光子限制，耦合增强，并且所产生的极化激子分支获得与$2p^\pm$激子的混合，从而提供了检测激子精细分裂的有用工具，并且使得奇宇称暗激子能够新颖地使用。
2020-02-24 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
Ab initio calculations of spin-nonconserving exciton-phonon scattering in monolayer transition metal dichalcogenides
利用$\textit{ab initio}$方法研究了二维过渡金属二硫族化合物中激子与声子耦合的自旋非守恒弛豫通道。结合$\text{GW}$ -Bethe-Salpeter方程方法和密度泛函微扰理论，计算了单层WSe $_{\text{2}}$中自旋翻转散射的电子-声子和激子-声子耦合矩阵元，并进一步分析了影响这些散射强度的微观机制.我们发现声子可以产生有效的面内磁场，翻转激子的自旋，产生与自旋守恒弛豫互补的弛豫通道。最后，我们计算了自旋翻转激子-声子弛豫时间随温度的变化。我们的方法和分析可以推广到研究其他二维材料，并将刺激自旋翻转激子弛豫动力学的实验测量。
2022-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fine Structure and Lifetime of Dark Excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
光学暗激子和亮激子之间的复杂相互作用决定了过渡金属二硫属化物单分子膜中的光-物质相互作用。我们在面外磁场Bz中用光谱法对WSe 2单分子膜中的“自旋禁戒”暗激子进行了详细的研究。与群论分析的理论预测一致，磁光致发光实验揭示了两个暗激子态之间的零场分裂$δ=0.6 \pm 0.1$ meV。低能态在Bz=0时是严格偶极禁戒的（完全暗），而高能态部分耦合到具有z偏振的光（“灰色”激子）。首次用时间分辨光致发光法测定了过渡金属二硫属化物单分子膜中的暗中性激子寿命$τ_D$。我们测量了灰色激子态的$τ_D \sim 110 \pm 10$ ps，即在T=12 K时比亮中性激子的辐射寿命长两个数量级。
2018-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polariton mediated interaction between two nitrogen-vacancy color centers in diamond using two-dimensional transition metal dichalcogenides
本文从量子主方程出发，讨论了金刚石中两个带负电荷的氮空位色心通过激子-极化激元在金刚石晶体附近的二维过渡金属二硫族化物层中传播的相互作用。我们专注于光学1.945 eV跃迁和模型的氮空位色心作为两个层次的（人工）原子。我们发现，相互作用参数和能级重整化常数对氮空位中心到过渡金属二硫族化物层的距离非常敏感。得到了激子-极化激元谱和进入林德布拉德方程的阻尼常数的解析表达式。讨论了激子介导超辐射产生的条件。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Photoluminescence from Dark Excitons in Monolayers of Transition Metal Dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）的光致发光（PL）光谱显示了亮激子线以下的大量发射峰，但尚未解释所有的发射峰。在这里，我们研究了声子辅助动量暗激子重组的发射轨迹。为此，我们发展了一个微观理论，描述同时激子，声子和光子相互作用，包括一致的多粒子退相。我们解释了由于亮态和暗态的不同配置，在钨基和钕基材料中亮激子下面的PL有很大不同。在良好的协议与实验中，我们表明，WSe $_2$表现出清晰可见的低温PL信号来自声子辅助动量暗激子的复合。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré-Bose-Hubbard model for interlayer excitons in twisted transition metal dichalcogenide heterostructures
在半导体过渡金属二硫属化物的双层中，层之间的扭转角可以用于在与单位晶胞相比大的长度尺度上引入高度规则的周期性电势调制。在这样的结构中，可以出现相关态，其中异质结构中的激子由于激子-激子相互作用而强烈地局域化到电势最小值。我们探讨莫特和扩展激子相位之间的过渡的摩尔-玻色-哈伯德哈密顿量。跳跃和现场相互作用参数从层间激子波函数的Wannier表示获得，和非本地Rytova-Keldysh模型用于属性的二维材料中的激子的介电屏蔽。对于足够小的激子浓度和基板屏蔽我们的模型预测莫特绝缘状态的出现，建立扭曲的TMD异质结构作为可能的量子模拟玻色子多体系统。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy renormalizations of resident carriers and excitons in transition metal dichalcogenide monolayers
University of Rochester（罗切斯特大学）
研究了过渡金属二硫化物单层中驻留载流子和激子的能量重整化，通过电子电荷掺杂WSe₂单层的实验，揭示了动态屏蔽数学在该材料中的重要性。
2026-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Splitting between Bright and Dark excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
过渡金属二硫属化物单分子膜如二维半导体MoS $_2$和WSe $_2$的光学性质由激子、库仑束缚电子-空穴对主导。发光产率取决于电子-空穴跃迁是光学允许的（亮）还是禁止的（暗）。通过在密度泛函理论计算的$GW$波函数上求解Bethe Salpeter方程，我们确定了亮、暗激子态分裂的符号和振幅。我们评估了自旋轨道耦合对光谱的影响，清楚地表明了谷内库仑交换项对暗-亮激子精细结构分裂的强烈影响。
2016-01-27 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
Optical properties of exciton in two-dimensional transition metal dichalcogenide nanobubbles
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）中的应变导致具有激发光学性质的局域态，特别是考虑到设计单光子源。沉积在hBN衬底上的自然形成的MoS 2单层导致应变区域中的带隙减小，从而产生纳米气泡。因此，光生粒子被限制在应变诱导势中。利用数值对角化方法，我们模拟了束缚激子态的光谱、振子强度和辐射寿命。我们表明，一个单一的状态的限制激子是光学活性的，这表明二硫化钼/hBN纳米气泡是一个很好的候选人实现单光子源。此外，由于限制效应，激子结合能、振子强度和辐射寿命都得到了提高。
2020-05-06 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
Absorption of Light by Excitons and Trions in Monolayers of Metal Dichalcogenide MoS$_{2}$: Experiments and Theory
测量了金属二硫属化物MoS $_{2}$单分子膜中激子和三电子的吸收光谱和电导率，并与理论模型进行了比较。我们的研究结果表明，Wannier-Mott模型的激子，修改帐户小激子半径和大激子的相对波函数在动量空间中的传播，相空间阻塞由于泡利排斥掺杂材料，和波矢依赖的介电常数，给出的结果与实验吻合得很好。测得的激子光吸收光谱是用来获得实验估计的激子半径落在$7-10Å$范围内，并同意与理论。测得的trion光学吸收光谱被用来获得的trion半径，也同意与理论值。激子和trion半径的测量值对应于结合能，其与从第一性原理计算获得的值非常一致。
2014-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear spectroscopy of excitonic states in transition metal dichalcogenides
二次谐波产生（Second-harmonic generation，SHG）是一种用于探测过渡金属二硫属化物（transition metal dichalcogenide，TMDC）单分子膜电子结构的非线性光谱学方法。本文通过求解密度矩阵的时间演化方程，研究了强激发TMDC单层膜的非线性动力学行为。它表明，激子的存在下，定性地改变了非线性动力学导致，特别是，作为介电环境的函数的非线性信号的一个巨大的增强。研究还表明，二次谐波偏振角图及其对驱动强度的依赖性对激子态的类型非常敏感。这种灵敏度表明，SHG光谱是一种方便的工具，用于分析激子态的精细结构。
2022-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-induced dissociation of two-dimensional excitons in transition-metal dichalcogenides
在半导体材料中产生光电流需要激子解离成自由载流子。虽然热搅动足以在大多数块状材料中诱导解离，但需要额外的推动来诱导单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的强束缚激子的有效解离。最近，静态面内电场已被证明是一个有前途的候选人。在本文中，我们介绍了一个数值计算程序，基于外部复杂的缩放，能够计算场致激子解离率为更广泛的场强比以前在文献中报道的。我们提出了斯塔克位移和激子的解离速率在各种TMD内计算的Mott-Wannier模型。在这里，我们发现，场诱导解离速率是强烈依赖于介电屏蔽环境。此外，应用弱场渐近理论（WFAT）的Keldysh势，我们能够推导出激子解离率在弱场区的解析表达式。
2019-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric constant of monolayer transition metal dichalcogenides across excitonic resonances
我们分析了低维过渡金属二硫属化物（TMDC）的介电函数光谱，使用一个完全解析模型的复杂介电函数，适用于分数维空间。我们提取的$A$和$B$激子的维数，以及它们的洛伦兹加宽宽度，通过拟合模型的光子能量（1.5 - 3 eV）的光谱范围内的实验数据。我们的研究结果表明，最低的地面激子状态的示范性单层材料（MoS $_2$，MoSe $_2$和WSe $_2$）的介电性能的显着贡献。激子维数参数化的过程，基础的限制和多体库仑效应以及基板屏蔽效应，这简化了分析的电光性能在低维系统。这项研究突出了潜在的理论模型作为有价值的工具，用于解释光谱，并在寻求理解的相关动力学之间的$A$和$B$激子对TMDC的介电函数。
2018-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic theory of the polarizability of transition metal dichalcogenides excitons: Application to WSe2
本文发展了过渡金属二硫属化物激子极化率的全微观理论。我们应用我们的方法来描述的激发$2$ p暗态。这些状态在吸收实验中是不可观察的，但可以在泵浦探测实验中被激发。作为示例，我们考虑WSe \textsubscript{2}中的$2$ p暗态。我们发现最近的实验测量和我们的理论计算之间有很好的一致性。
2021-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mass Renormalization in Transition Metal Dichalcogenides
结果表明，过渡金属二硫属化物的三重旋转对称性导致库仑诱导重整化的有效电子和空穴质量附近的$K$ -点的布里渊区。重整化的大小取决于电介质的配置。自由悬浮的MoS $_2$单层的有效激子质量$m=0.4 m_0$变为具有hBN封装的$m= 0.35 m_0$。质量重整化增加了激子的结合能，降低了激子的抗磁位移和回旋频率。与高场测量的激子抗磁位移的详细比较显示出极好的一致性。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic linewidth and coherence lifetime in monolayer transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）是一类具有很强的库仑相互作用和光-物质相互作用的直接带隙半导体。后者解释了紧密束缚的激子，其主导了这些技术上有前途的材料的光学性质。除了光学上可接近的亮激子，这些系统还表现出各种暗激子态。它们在光谱中是不可见的，但可以强烈地影响相干寿命和来自亮激子态的发射的线宽。在最近的一项研究中，已经证明了这种暗态存在的实验证据，以及它们对TMD中光发射的量子效率的强烈影响。在这里，我们揭示了激子相干寿命的微观起源在两个代表性的TMD材料（WS $_2$和MoSe $_2$）在一个联合研究结合微观理论与光学实验。我们表明，激子相干寿命是由声子诱导的谷内和谷间散射到暗激子态。值得注意的是，根据理论预测，我们发现一个有效的激子弛豫WS $_2$通过声子发射在所有温度下。
2016-05-11 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
Polarization analysis of excitons in monolayer and bilayer transition-metal dichalcogenides
单层和双层过渡金属二硫属化物的光学跃迁的偏振分析提供了宝贵的信息的自旋和谷（赝自旋）自由度。为了解释给定单层过渡金属二硫属化物的光学性质，应该考虑（i）其自旋分裂导带的顺序，（ii）谷间散射是否容易出现声子瓶颈，（iii）以及是否可以通过电子-空穴交换进行谷混合。使用这些原则，我们提出了一个一致的物理图像，阐明了这些材料的光谱中的各种功能。我们解释了单层MoSe $_2$和单层WSe $_2$中的光学跃迁之间的差异，发现后者中的间接激子对应于到目前为止归因于与杂质结合的激子的几个低能量光学跃迁。讨论了MoSe $_2$中极化消失的可能机制。最后，我们考虑了面外电场的影响，表明它可以减少亮激子的初始极化由于与暗激子的Rashba型耦合。
2015-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytical Retrieval of Material Parameters in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides Based on a Solvable Exciton Model
Computational Physics Key Laboratory K002, Department of Physics, Ho Chi Minh City University of Education（胡志明市教育大学物理系计算物理重点实验室K002）；Faculty of Fundamental Sciences, University of Architecture Ho Chi Minh City（胡志明市建筑大学基础科学学院）
该研究基于可解激子模型开发解析程序，从光学和磁光激子光谱检索单层过渡金属二卤化物材料参数，分两阶段确定相关参数，无需额外拟合或矩阵对角化，应用于多种样品，结果与实验吻合，为二维半导体表征提供有效工具。
2026-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Exciton fine structure splitting and linearly polarized emission in strained transition-metal dichalcogenide monolayers
本文从理论上研究了各向异性弹性应变对过渡金属双硫族化合物原子薄晶体中激子能谱、精细结构和光学选择规则的影响。应变的存在打破了在布里渊区的$\bm K$ -点的手性选择规则，并使光学跃迁线性偏振。激发线极化的方向与应变张量的主轴有关。弹性应变提供了一个附加的贡献与单轴应变WSe $_2$单层获得的实验证据的激子精细结构分裂。施加的应变也诱导动量相关的塞曼分裂。根据应变的取向和大小，可以在激子能谱中形成具有线性色散的狄拉克点。我们提供了一个对称性分析的应变效应，并制定了一个微观理论的所有相关的应变引起的贡献的激子精细结构的哈密顿量。
2022-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dipolar interlayer excitons in transition metal dichalcogenide alloy heterobilayers
Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会）；University of Crete（克里特大学）；National Institute for Materials Science（国家材料科学研究所）
本文报道了MoS$_{1.4}$Se$_{0.6}$/MoSe$_2$合金异质双层中偶极层间激子的光致发光特性，展示了其纳米级寿命和可调偶极相互作用，为研究激子多体物理提供了新平台。
2026-06-03 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
Monolayer transition metal dichalcogenides in strong magnetic fields: Validating the Wannier model using a microscopic calculation
采用运动方程（EOM）方法，计算了单层过渡金属二硫属化物（TMD）在外加磁场作用下的激子性质。我们将我们的研究结果与广泛使用的二维材料中激子的Wannier模型和最近的实验结果进行了比较。我们发现计算的激子跃迁能和实验结果之间有很好的一致性。此外，我们发现使用EOM方法计算的激子能量略低于使用Wannier模型计算的激子能量。最后，我们还表明，磁激子跃迁能量上的介电环境的影响是最小的，由于抵消激子能量和交换自能校正的变化。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduced absorption due to defect-localized interlayer excitons in transition metal dichalcogenide-graphene heterostructures
该研究采用多体微扰理论探究硫族元素缺陷对WS₂-石墨烯、MoS₂-石墨烯异质双层光学性质的影响，发现缺陷虽引入低能跃迁、产生大振子强度激子，但会减弱类本征层内激子的光学响应，为光伏等领域的缺陷工程提供参考。
2023-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Marrying excitons and plasmons in monolayer transition-metal dichalcogenides
就像光子是光的量子一样，等离子体激元是导电介质中精心安排的电荷密度振荡的量子。在正常金属、超导体和杂质半导体中的等离子体激元现象通常由长波长库仑相互作用驱动。然而，在费米表面由布里渊区中的不连通口袋组成的晶体中，当电子在这些口袋之间跃迁时，集体电子激发也可以获得短波分量。在这里，我们表明，单层过渡金属dichalcogenides的能带结构引起一个有趣的机制，通过短波等离子体激元配对与激子。这种耦合阐明了在WSe $_2$和WS $_2$的单层中反复观察到的光学边带的起源，但还不清楚。该理论解释了为什么激子-等离子体激元耦合只有在电子掺杂的钨基单分子膜的光谱中才能清楚地表现出来。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of the effective layer thickness on the groundstate and excitonic properties of transition-metal dichalcogenide systems
本文提出了一个计算过渡金属-二硫族化合物单层和多层体系相互作用基态和近带隙光谱的自洽方案。该方法结合了多层环境中的库仑相互作用势的介电模型，重整化基态的间隙方程，和Dirac-Wannier方程来确定激子的性质。为了解释垂直于其基本平面的单个单分子膜的延伸，在库仑相互作用势中引入了有效厚度参数。的例子的MoS $_2$的数值计算表明，所产生的有限尺寸效应导致显着的修改的光学光谱，再现实验观察到的激子共振系列的非氢的功能。应用多层结构的理论，从单层到大块的近带隙光学性质得到一致的描述。除了众所周知的面内激子，层间激子也发生在多层系统中，这意味着对大块材料实验结果的重新解释。
2017-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong exciton regulation of Raman scattering in monolayer dichalcogenides
在原子薄的半导体中，弱屏蔽的电子-空穴相互作用不仅使其激发谱从准粒子谱下移，而且重新分配激发能和波函数特征，对材料响应的各种模式产生深远影响，包括共振拉曼测量可访问的激子-声子散射过程。在这里，我们开发了一个第一性原理框架来计算频率依赖的共振拉曼强度，包括激子效应，并超越了Placzek近似。我们展示了如何激子效应在二硫化钼强烈调节拉曼散射振幅，从而解释了令人困惑的几乎没有共振拉曼响应周围的A和B激子（产生非常强的信号，在光吸收），也从C激子的共振拉曼响应的显着强度。此外，这种有效的微扰方法将GW-BSE计算的数量从每个拉曼模式（在有限位移中）两个减少到针对所有模式的一个，并且提供了对高阶共振拉曼过程的自然扩展。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Continuum model study of optical absorption by hybridized moiré excitons in transition metal dichalcogenide heterobilayers
提出研究过渡金属硫族化物异质双层杂化莫尔激子的连续介质模型，利用变分法求解激子波函数并计算光学吸收谱，模拟结果与实验观测相符。
2023-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interferences of electrostatic moiré potentials and bichromatic superlattices of electrons and excitons in transition metal dichalcogenides
近年来的实验研究表明，过渡金属二硫属化物（TMD）中电子和激子云纹超晶格在量子多体模拟和量子光学应用中具有巨大的潜力。在这里，我们揭示了在TMDs异质结构的莫尔电位景观有一个静电起源的自发电荷转移的异质界面依赖于原子注册表。这允许通过来自多层中独立可配置的异质界面的莫尔势的干涉来工程化可调谐的多色超晶格。我们展示了MX2/M 'X'2/MX2三层膜中谷电子、空穴和层间三离子的双色莫尔势的例子，这些三层膜可以从多轨道周期性超晶格应变切换到准周期性无序景观。三层莫尔条纹还拥有两个独立配置的中性激子三角形超晶格，具有相反的电偶极子。这些发现极大地丰富了TMDs云纹作为量子模拟平台的通用性和可控性。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Neutral and Charged Excitons in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们提出了一个微观理论的中性激子和带电激子（trions）在单分子膜的过渡金属dichalcogenides，包括二硫化钼。我们的理论是基于激子和trions的有效质量模型，参数化从头计算，并纳入适当的治疗筛选在两个维度。计算的激子结合能与基于Bethe-Salpeter方程的高水平多体计算结果吻合得很好。此外，我们的计算更复杂的trion物种比较非常有利的最近的实验测量，并提供原子洞察的微观特征，确定trion结合能。
2013-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Exciton formation assisted by longitudinal optical phonons in monolayer transition metal dichalcogenides
我们研究了一种机制，通过该机制，通过LO（纵向光学）声子辅助散射过程后，单层过渡金属二硫属化物的光激发产生激子。激子的形成时间计算作为激子的质心波矢量，电子和空穴的温度，和载流子密度的已知值的Fröhlich耦合常数，LO声子能量，晶格温度，和激子的结合能在层状结构的函数。对于单层钼$_2$，我们获得超快激子形成时间在亚皮秒的时间尺度上在5 $\times$ 10 $^{11}$厘米$^{-2}$和载流子温度小于300 K的电荷密度，与最近的实验结果（$\approx$ 0.3 ps），在很好的协议。虽然激子主要在低载流子温度（$\approx$ 30 K）下在零质量中心波矢量处产生，但是激子形成时间在载流子的较高温度（$\ge $ 120 K）下在非零波矢量处最快。结果表明，激子形成时间对载流子密度的平方律反比依赖关系，与光致发光对激发密度的平方律依赖关系一致。我们的结果表明，激子在示例性单层硒化物基二硫属化物（MoSe $_2$和WSe $_2$）中比在硫化物基二硫属化物（MoS $_2$和WS $_2$）中更快地形成。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Influence of nonlocal excitonic optical response on in-plane exciton polaritons supported by monolayer transition-metal dichalcogenides
Institute for Basic Science（基础科学研究院）；RIKEN（理化学研究所）
本研究发展非局域激子光学响应微观理论，研究hBN封装单层WS₂中面内激子极化激元，发现空间非局域性使色散向低波矢移动，产生更平滑且横向延伸的近场分布，并可通过hBN厚度调控多模式贡献。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of dark excitons in exciton-polariton optics of transition metal dichalcogenides
研究了暗激子对hBN封装的WSe$_2$和MoSe$_2$单层动量分辨吸收谱的影响，发现声子介导的散射使WSe$_2$下极化激元支吸收显著增强，为通过动量分辨吸收确定暗激子态能量提供了新思路。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in atomically thin transition metal dichalcogenides
原子薄的材料，如石墨烯和单层过渡金属二硫属化物（TMD）表现出显着的物理性质，这是由于它们的降维和晶体对称性。半导体过渡金属二硫属化物的家庭是一个特别有前途的平台，二维（2D）系统的基础研究，在光电子学和谷电子学由于其直接带隙在单层极限和高效的光-物质耦合的潜在应用。具有破缺的反转对称性的晶格结合强自旋-轨道相互作用导致自旋和谷自由度的独特组合。此外，2D字符的单分子膜和弱介电屏蔽的环境产生显着增强的库仑相互作用。由此形成的束缚电子-空穴对或激子主导了材料的光学和自旋性质。在这里，我们回顾了最近的进展，我们了解的激子性能在单层TMD和布局未来的挑战。我们着重讨论了直接库仑作用和交换库仑作用的结果，激子-光相互作用以及其他载流子和激子对TMD中电子-空穴对的影响。最后，谷极化的影响进行了描述和调谐的能量和极化观察到的电场和磁场进行了总结。
2017-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency-dependent substrate screening of excitons in atomically thin transition metal dichalcogenide semiconductors
过渡金属二硫属化物（TMDC）的原子薄层由于与弱介电屏蔽有关的二维载流子限制而在载流子之间表现出异常强的库仑相互作用。层间耦合的范德华性质使得容易将TMDC层集成到具有不同电介质或金属衬底的异质结构中。这允许定制这些材料的电子和光学性质，因为原子薄层内的库仑相互作用非常容易受到环境的屏蔽。在这里，我们从理论上研究动态屏蔽效应在TMDC由于体衬底掺杂载流子在一个大的密度范围内，从而提供三维等离子体激元作为可调的自由度。我们报告了一个广泛的补偿重整化效应导致光谱更稳定的激子比预测的静态基板屏蔽，即使等离子体激元和激子共振。我们还发现了一个非平凡的依赖于衬底掺杂密度的单粒子带隙由于动态屏蔽。我们的调查提供了微观的洞察机制，允许操纵TMDC激子通过任意的等离子体环境在纳米尺度上。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Auger decay of excitons in doped transition metal dichalcogenide monolayers
本文通过求解Bethe-Salpeter方程，研究了掺杂TMDC单层中声子辅助俄歇衰变对激子非辐射寿命的影响，发现低掺杂下该通道即可与辐射衰变竞争。
2024-10-02 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
Exciton Relaxation Cascade in Two-dimensional Transition-metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）单层的特征在于非常强的库仑相互作用，从而产生结合能为数百meV的紧密结合的激子。激子在TMD的光学响应和超快动力学中起主导作用。因此，对激子动力学的微观理解是这些材料技术应用的关键。尽管这一巨大的重要性，基本的过程中引导的激子的形成和弛豫后的光激发的电子空穴等离子体仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们提供了一个完整的量子力学描述的动量和能量分辨激子动力学在单层二硒化钼（MoSe $_2$），包括光激发，激子的形成，辐射复合以及声子诱导的级联状弛豫下降到激子基态。基于所获得的见解，我们揭示了实验可测量的功能，在泵浦-探测光谱的激子弛豫级联提供证据。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic theory of exciton and trion polaritons in doped monolayers of transition metal dichalcogenides
该研究通过微观理论模拟掺杂TMDC单层在微腔中的光谱，预测了激子、三子及亮化极化子模式，并揭示基态随载流子浓度由暗转亮，提供统一描述。
2022-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fundamental exciton linewidth broadening in monolayer transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMDS）是高度发光的材料，尽管由于由这些材料承载的强结合的亮激子的超短（$<1$ ps）辐射寿命而具有亚纳米厚度。固有的短辐射寿命导致激子带的大幅加宽，其幅度比光锥本身的扩展大大约两个数量级。这种情况要求重新审视传统的光锥图像。我们提出了一个修改后的光锥概念，将光线$(\hbar cQ)$作为广义下限允许的辐射复合。一个自洽的方法，这成为至关重要的包括大的辐射加宽激子带后，提出隔离的均匀激子线宽的辐射和非辐射成分。我们估计一个基本的辐射线宽为$1.54\pm0.17\ $毫电子伏，纯粹是由于有限的辐射寿命在没有非辐射退相过程。作为一个直接后果的大的辐射限制，我们发现一个令人惊讶的大（$\sim 0.27 $ meV）的线宽展宽由于声学声子的零点能量。这使得本征辐射线宽的精确实验测定变得模糊，并对$T = 0$ K下的非辐射线宽展宽设定了基本限制。
2019-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced modification of low-lying excitons and valley selectivity in monolayer transition metal dichalcogenides
利用量子化学从头算和Bethe-Salpeter方程计算方法研究了过渡金属二硫属化合物中点缺陷缺陷对单层结构光学性质的影响。我们发现，硫族元素空位在价带的准粒子连续谱中引入了未占据的隙内态和占据的共振缺陷态。这些缺陷态产生许多强束缚的缺陷激子，并与原始系统的激子杂交，从而降低谷选择性圆二色性。我们的研究结果提出了一种通过缺陷工程来调节自旋谷偏振和其他光学性质的途径。
2018-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Mapping of the dark exciton landscape in transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）表现出一种引人注目的激子物理性质，包括光学可及（亮）激子态以及自旋和动量禁戒（暗）激子态。到目前为止，暗激子景观还没有被揭示，特别是动量禁止暗态的光谱位置完全不清楚。这对TMD的技术应用潜力具有重大影响，因为能量最低状态的性质决定了材料是否是直接带隙半导体。在这里，我们展示了如何通过探测激子内1 s-2 p跃迁来实验揭示暗态。区分激发后不久（< 100 $\,$ fs）和激子热化后（> 1 $\,$ ps）的光学响应，使我们能够证明亮激子和暗激子的相对位置。我们发现，在理论和实验中的光学响应的一个明确的蓝移证明了第一次在单层WSe $_2$的明亮的激子到低位的动量和自旋禁止的暗激子态的过渡。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of non-uniform strain induced exciton species in homo- and heterobilayer transition metal dichalcogenides
Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
研究通过密度泛函理论分析双异层和异层过渡金属二硫化物中的褶皱，发现非均匀应变导致同层WSe₂中形成层间激子和异层WSe₂-MoSe₂中激子局域化，揭示了应变引起自旋角动量变化对暗态激子发光的影响。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-modulated reflectance spectroscopy for detecting excitonic species in two-dimensional semiconductors
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Nagoya University（名古屋大学）
本文提出了一种门控反射光谱技术，用于研究二维过渡金属二硫化物中的激子态，展示了该方法在低温到室温范围内检测激子激发态的高灵敏度。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons versus electron-hole plasma in monolayer transition metal dichalcogenide semiconductors
当电子-空穴对在半导体中被激发时，先验地不清楚它们是否形成未结合粒子的费米子等离子体或玻色子激子气体。通常，激子相与低温相关联。在原子薄的过渡金属二硫属化物半导体中，激子由于强库仑相互作用和大的激子态密度而即使在室温下也是特别重要的。使用国家的最先进的多体理论，包括动态屏蔽，我们表明，激子与等离子体的比例可以有效地调整介电基板屏蔽以及载流子掺杂。此外，我们预测莫特过渡从激子占主导地位的制度完全电离的电子-空穴等离子体之间的激发密度$3\times10^{12}$ cm $^{-2}$和$1\times10^{13}$ cm $^{-2}$取决于温度，载流子掺杂和介电环境。我们建议通过研究激子卫星光电子能谱和扫描隧道显微镜观察这些影响。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci
