The electronic and optical properties of single-layer (SL) tungsten disulfide (WS$_2$) in the presence of substitutional Holmium impurities (Ho$_{\rm W}$) are studied. Although Ho is much larger than W, density functional theory (DFT) including spin-orbit coupling is used to show that Ho:SL WS$_2$ is stable. The magnetic moment of the Ho impurity is found to be 4.75$μ_B$ using spin-dependent DFT. The optical selection rules identified in the optical spectrum match exactly the optical selection rules derived by means of group theory. The presence of neutral Ho$_W$ impurities gives rise to localized impurity states (LIS) with f-orbital character in the band structure. Using the Kubo-Greenwood formula and Kohn-Sham orbitals we obtain atom-like sharp transitions in the in-plane and out-of-plane components of the susceptibility tensor, Im$χ_{\parallel}$ and Im$χ_{\perp}$. The optical resonances are in good agreement with experimental data.
Hysteresis-Free High Mobility Graphene Encapsulated in Tungsten Disulfide
ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；Department of Molecular Sciences and Nanosystems, Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯大学分子科学与纳米系统系）；School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质、交通与能源工程学院）
Towards Intrinsic Charge Transport in Monolayer Molybdenum Disulfide by Defect and Interface Engineering
二硫化钼被认为是一种在电子和光电子器件应用中最有前途的二维半导体材料。到目前为止，单层二硫化钼中的电荷输运是由外部因素，如带电杂质，结构缺陷和陷阱，导致迁移率远低于本征极限。在这里，我们开发了一种简单的低温硫醇化学来修复硫空位并改善界面，从而显著减少带电杂质和陷阱。室温下背栅单层二硫化钼场效应晶体管的迁移率大于80 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1）。此外，我们开发了一个理论模型，以定量提取控制晶体管性能的关键微观量，包括带电杂质，短程缺陷和陷阱的密度。我们的实验和理论研究相结合，提供了一个明确的路径，本征电荷输运在二维dichalcogenides为未来的高性能器件的应用。
Probing Excitonic Dark States in Single-layer Tungsten Disulfide
过渡金属二硫属化物（transition metal dichalcogenide，TMDC）单层膜是近年来发展起来的一种重要的二维半导体材料，在电子和光电子器件方面具有广阔的应用前景。与半金属石墨烯不同，层状TMDC具有相当大的带隙。更有趣的是，当减薄到单层时，TMDC从间接带隙转变为直接带隙半导体，表现出许多有趣的光学现象，如谷选择性圆二色性，掺杂依赖的带电激子和强光电流响应。然而，这种强烈的光-物质相互作用的基本机制仍在深入研究中。观察到的光学共振最初被认为是带间跃迁。相比之下，第一性原理计算预测了一个更大的准粒子带隙尺寸和光学响应，是由激子效应为主。在这里，我们报告的激子占主导地位的机制，发现了一系列激子暗态的单层WS2使用双光子激发光谱的实验证据。结合GW-BSE理论，我们发现这些激子本质上是Wannier激子，但具有非常大的结合能（~0.7 eV），导致准粒子带隙为2.7 eV。这些强束缚激子态即使在室温下也是稳定的。我们揭示了一个激子系列显着偏离氢模型，与一个新的逆能量依赖于轨道角动量。实验发现这些激子能级对环境扰动是鲁棒的。激子暗态和超大结合能的发现不仅揭示了二维带隙系统中多电子效应的重要性，而且为TMDC单层及其异质结构的器件应用提供了令人兴奋的潜力。
