Electrical control of interlayer exciton dynamics in atomically thin heterostructures
半导体中的激子，即受激电子和空穴的束缚对，可以形成新类别的量子光电子器件的基础。由原子级薄的半导体过渡金属二硫属化物（TMD）构建的范德华异质结构使得能够在不同层中由电子和空穴形成激子，从而产生具有大结合能和长寿命的层间激子。利用单层TMD的异质结构，我们实现了长寿命中性和带电层间激子的光和电产生。我们证明了中性层间激子在整个样品中的传输，可以通过激发功率和栅电极来控制。利用欧姆接触器件实现了带电层间激子的漂移运动。激子的电产生和控制为实现玻色子复合粒子的完全电调谐量子操纵提供了一条新的途径。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall
Theory of In-Plane-Magnetic-Field-Dependent Excitonic Spectra in Atomically Thin Semiconductors
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；University of Münster（明斯特大学）；Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）
本研究提出在原子薄半导体中，平面磁场通过诱导自旋明亮与暗态激子跃迁的混合，导致自旋暗态激子明亮化，并揭示了其光谱特征的复杂相互作用。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall
Crossover from weakly indirect to direct excitons in atomically thin films of InSe
我们进行了$\mathbf{k \cdot p}$理论分析的最低能量和激发态的激子在几层原子薄膜的InSe考虑到平面内的极化率的膜和封装环境的影响的光谱。对于较薄的薄膜，激子的最低能量状态是弱间接的动量空间中，其色散显示在层数依赖的波数的最小值，由于一个相对平坦的最高价带分支的InSe膜光谱的倒置边缘，我们计算的激活能从动量暗激子基态到亮态。当In $_2$ Se $_2$层数超过7层时，激子色散最小值向$Γ$ -点移动。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall
Coulomb Interaction and Density-Independent Exciton-Scattering Processes in Atomically Thin Semiconductors
Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Universität Münster（明斯特大学）
本文研究了原子薄半导体中库仑相互作用的量子动力学，重点讨论了Umklapp过程、介电屏蔽及不依赖密度的激子散射机制。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall
Non equilibrium anisotropic excitons in atomically thin ReS$_2$
我们提出了一个系统的调查的电子性质的散装和几层ReS $_2$范德华晶体使用低温光谱。从两个非简并带边激子跃迁观察到微弱的光致发光发射，两个非简并带边激子跃迁由$\sim$ 20 meV分开。两个激子跃迁的可比发射强度与激子的完全热化（玻尔兹曼）分布不相容，表明发射的热性质。虽然DFT计算预测双层ReS $_2$有一个直接的基本带隙，我们的光学数据表明，在所有情况下的基本间隙是间接的。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall
Negative-mass exciton polaritons induced by dissipative light-matter coupling in an atomically thin semiconductor
色散工程是一种功能强大的多功能工具，可以改变光信号的速度，并在粒子和准粒子动力学中引起负质量效应。在这里，我们表明，在光学微腔中的束缚电子-空穴对（激子）和光子之间的耗散耦合可以导致激子极化激元的形成与反向色散的较低的极化激元分支，因此负质量。我们进行直接测量的原子级薄（单层）WS $_2$晶体嵌入平面微腔的异常色散，并证明负质量极化激元的传播方向是相反的，他们的动量。我们的研究为激子极化激元引入了非厄米色散工程的新概念，并为实现固态量子物质的新相开辟了途径。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall
Impact of optically pumped non-equilibrium steady states on luminescence emission of atomically-thin semiconductor excitons
本文通过微观计算研究连续波泵浦下过渡金属二硫化物激子的非平衡稳态，发现声子辅助跃迁主导导致光致发光激发谱和偏振度出现尖锐特征。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall
Excitonic complexes in anisotropic atomically thin two-dimensional materials: black phosphorus and TiS$_3$
研究了能谱各向异性对激子、三激子和双激子的结合能和结构性质的影响。为此，我们采用随机变分方法与相关的高斯基础。我们目前的黑磷（bP）和TiS $_3$不同的激子复合物的结合能的结果，并比较它们与最近的结果在文献中，我们发现很好的协议。bP中激子复合物的结合能比TiS中的大$_3$。我们计算了不同的平均粒子间的距离在bP和TiS $_3$，并表明激子复合物在bP是强烈的各向异性，而在TiS $_3$，他们几乎是各向同性的，即使组成粒子具有各向异性的能谱。这也被关联函数所证实。
2018-12-04 cond-mat.mes-hall
Electrically controlled emission from triplet charged excitons in atomically thin heterostructures
激子是复合玻色子，可以具有自旋单重态和三重态。在通常的半导体中，如果没有额外的自旋翻转机制，三重态激子是效率极低的光发射体。过渡金属二硫属化物（TMD）中的大自旋轨道耦合使圆偏振光与具有选择性谷和自旋的激子耦合。在这里，我们证明了电子控制的MoSe $_2$ /WSe $_2$ TMD范德华（vdW）异质结中的自旋三重态层间激子的增亮。在TMD异质结构中的vdW层的原子注册为层间激子提供了准角动量，使得能够从否则暗的自旋三重态激子发射。利用磁场，我们证明了在同一个谷中的三重态和单重态激子发射的光子具有相反的手征性。我们还测量有效的激子g因子，提出直接和定量的证据三重态层间激子。我们进一步证明了单重态和三重态带电激子之间的相对光致发光强度的门调谐。单重态和三重态激子之间的电控发射使得光电子器件能够配置激子手性、自旋和谷量子态。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall
Probing dark excitons in atomically thin semiconductors via near-field coupling to surface plasmon polaritons
过渡金属二硫属化物（TMD）单层是直接带隙半导体，其特征在于紧密束缚的激子、强自旋轨道耦合和自旋谷自由度。根据电子-空穴对的自旋配置，TMD单层的谷内激子可以是光学亮的或暗的。暗激子涉及名义上自旋禁戒的光学跃迁与零面内跃迁偶极矩，使他们的检测与传统的远场光学技术具有挑战性。在这里，我们介绍了一种新的方法，用于探测二维（2D）材料的光学性质，通过近场耦合到表面等离子体激元（SPPs），选择性地增强与垂直于2D平面的偶极矩的光学跃迁。我们利用这种方法直接检测暗激子在单层TMD。当WSe 2单层放置在单晶银膜的顶部时，其发射到近场耦合SPPs显示新的光谱特征，其能量和偶极子取向与暗中性和带电激子一致。基于SPP的近场光谱显著增强了探测和操纵原子级薄材料激子动力学的实验能力。
2017-01-20 cond-mat.mes-hall
Many-Body Rashba Spin-Orbit Interaction and Exciton Spin Relaxation in Atomically Thin Semiconductor Structures
Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
研究通过建立多粒子 Rashba 霍金量，揭示了二维半导体中局部电场对激子自旋弛豫的影响，发现 MoSe₂ 在特定条件下表现出快速自旋弛豫。
2026-02-17 cond-mat.mes-hall
Phonon screening of excitons in atomically thin semiconductors
本研究通过第一性原理GW-BSE计算揭示了声子屏蔽对原子级薄半导体光学激发的显著影响，并发现通过结构工程可调控屏蔽程度，为结构、声子与激子相互作用提供了新见解。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dipolar excitonic quantum wires at atomically sharp lateral interfaces
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Indian Institute of Technology, Kharagpur（印度理工学院卡格浦尔分校）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；NTT Research, Inc.（NTT研究院）
通过原子尖锐横向界面实现1D量子物质，利用异质结构和静电掺杂调控激子特性，开辟了1D激子电路和强关联相的可扩展路径。
2026-02-02 cond-mat.mes-hall
Photoluminescence kinetics of dark and bright excitons in atomically thin MoS$_2$
激子光谱的精细结构，包含光学允许（亮）和禁止（暗）激子状态，决定了纳米结构中的辐射效率。我们研究了时间分辨的微观光致发光在MoS $_2$单层和双层，无应变和压缩应变，在很宽的温度范围内（10-300 K）区分激子状态光学允许和禁止，无论是在自旋和动量，以及估计其特征衰减时间和贡献的总辐射强度。衰减时间被发现，无论是增加或减少，随着温度的升高，表示最低的明亮或最低的黑暗状态，分别。我们的结果明确地表明，在无应变的单层，自旋允许的状态是最低的一系列的A激子（1.9 eV）与暗态是< 2 meV高，分裂能量可以增加几倍，在压缩。相反，在双层（1.5 eV）的间接激子系列中，自旋禁阻态是最低的，低于亮态约3 meV。应变对激子光谱的强烈影响可以解释公布的数据之间的大的散射，并且必须考虑到实现所需的光学性质的2D MoS $_2$。
2021-08-03 cond-mat.mes-hall
Temperature-dependent excitonic light manipulation with atomically-thin optical elements
本文研究了单层WS₂原子级薄透镜中激子时间动力学对聚焦效率的影响，通过分离相干激子辐射与非相干背景并表征温度依赖性，揭示了激子衰减率和激子-声子散射的作用，为二维纳米光子器件提供了见解。
2025-11-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Directly visualizing the momentum forbidden dark excitons and their dynamics in atomically thin semiconductors
几十年来，解决光激发半导体中由库仑吸引力束缚的激子-电子-空穴对的动量自由度一直是一个很难实现的目标。在原子级薄的半导体中，这种能力可以探测动量禁止的暗激子，这对拟议的光电技术产生了重大影响，但无法通过光学技术直接获得。在这里，我们探测的动量态的激子在WSe 2单层的光电发射其组成的电子，并解决他们的时间，动量和能量。我们获得了一个直接的视觉动量禁止暗激子，并研究它们的属性，包括他们的近简并与明亮的激子和他们的形成途径中的能量动量景观。这些暗激子主导了激发态分布--这一令人惊讶的发现突出了它们在原子级薄半导体中的重要性。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical fingerprint of bright and dark localized excitonic states in atomically thin 2D materials
点缺陷、局部应变或杂质可以对原子级薄的二维材料的光学响应产生关键影响，因为它们为激子提供捕获电势。这些被捕获的激子在光致发光光谱中作为新的共振出现在亮激子下方，甚至可以用于单光子发射。虽然在确定性引入缺陷方面取得了很大进展，但关于它们对2D材料光学指纹的影响知之甚少。在这里，基于微观的方法，我们揭示了本地化的亮激子态的直接签名以及本地化的动量暗激子的间接声子辅助边带。局域激子的可见性强烈地依赖于温度和无序势宽度。这导致在不同的制度，其中无论是明亮或黑暗的本地化状态是占主导地位的光谱。我们追溯这种行为之间的相互作用无序诱导的激子捕获和谷间激子-声子散射过程。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent Electronic Coupling in Atomically Thin MoSe2
我们报告的第一个直接的光谱证据，在原子薄的过渡金属dichalcogenides，特别是单层MoSe 2的激子和trions之间的相干电子耦合。在双色泵浦-探测光谱中，耦合的信号以孤立的交叉峰出现，峰的线形表明耦合起源于多体相互作用。实验和密度矩阵计算之间的良好一致性表明，由于它们的耦合，形成了相关的激子-trion态。
2014-01-09 cond-mat.mes-hall
Room-Temperature Quantum-Confined Stark Effect in Atomically Thin Semiconductor
电场控制下过渡金属二硫属化物单分子膜中的二维激子动力学是当前凝聚态物理的研究热点。我们已经实验研究了光谱和时间特性的A-激子在二硒化钼（MoSe 2）单层下的垂直，直流电场在室温下的控制变化。通过使用稳态和时间分辨的光致发光光谱，我们已经观察到直流场诱导的光谱位移和线宽加宽，这是一致的激子的非辐射寿命缩短，由于场诱导的解离。我们讨论的影响，在纳米尺度计量和探索，光电子技术的基础上分层，二维半导体的未来发展的结果。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall
Low-threshold exciton transport and control in atomically thin semiconductors
理解和控制激子准粒子在原子级薄的2D半导体中的纳米级输运对于生产高效的纳米激子器件至关重要。在这里，我们提出了一种纳米间隙装置，以选择性地限制激子或trions的二维过渡金属二硫属化物在纳米尺度，促进了漂移占主导地位的激子漏斗到应变引起的局部斑点。我们使用空间分辨率<15 nm的高光谱针尖增强光致发光（TEPL）成像技术研究了WSe 2单层（ML）中漏斗激子和MoS 2 ML中转换激子的空间光谱特性。此外，我们还通过GPa量级的尖端压力工程来动态地控制激子漏斗效应和激子转换率。通过漂移扩散模型，我们证实了激子漏斗效率为~ 25%，具有显著低的应变阈值（~ 0.1%），这充分超过了以前研究中的效率~ 3%。这项工作提供了一种新的策略，以促进有效的激子输运和2D半导体器件的trion转换。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Doping-induced non-Markovian interference causes excitonic linewidth broadening in monolayer WSe$_2$
在单层WSe $_2$这样的原子级薄半导体中，强库仑相互作用不仅诱导紧密束缚的激子，而且使它们的光学性质对掺杂非常敏感。通过利用基于激子海森堡运动方程的微观理论，我们系统地确定了掺杂对激子线宽，线位移和振子强度的影响。我们计算trion共振，并表明，库仑耦合的激子的trionic连续产生的非马尔可夫干扰，这是由于时间延迟，建立了一个负责不对称的激子线的形状和激子线宽增加的相位。我们计算的激子和trion线宽，线位移和振荡器强度的掺杂依赖解释了最近的实验。所获得的见解提供了掺杂原子薄半导体的光学指纹的微观起源。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall
Temperature dependence of photoluminescence lifetime of atomically thin WSe2 layer
在低温下，单层WSe_2的光致发光谱具有许多与所谓的局域激子复合有关的谱线。这些谱线的强度随温度的升高而显著降低。为了理解这一现象背后的机制，我们进行了时间分辨实验，揭示了光致发光衰减时间的类似趋势。我们的研究结果确定了额外的非辐射弛豫通道的开放作为所观察到的局部激子的光致发光的温度猝灭的主要原因。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall
Out-of-plane orientation of luminescent excitons in atomically thin indium selenide flakes
范德瓦尔斯材料提供了广泛的原子层，具有独特的特性，可以很容易地结合起来设计新颖的电子和光子器件。范德华平台的一个缺失成分是具有自然发生的面外发光偶极子取向的二维晶体。在这里，我们测量了体InSe和二维InSe，WSe $_2$和MoSe $_2$的远场光致发光强度分布。我们证明，与从头计算的支持下，层状InSe薄片维持发光激子与固有的面外取向，在与面内取向的偶极子，我们发现在二维WSe $_2$和MoSe $_2$在室温下。这些结果，结合光学响应的高度可调谐性和出色的输运性质，将层状InSe定位为用于新型光电子器件的有前途的半导体，特别是用于利用面外偶极子取向的混合集成光子芯片。
2019-09-26 cond-mat.mes-hall
Controlling excitons in an atomically thin membrane with a mirror
我们展示了一种新的方法，用于动态操纵的光学响应的原子级薄的半导体，单层的MoSe 2，通过将其悬挂在金属镜。首先，我们表明，悬浮的范德华异质结构纳入MoSe 2单层主机空间均匀，寿命加宽的激子。然后，我们将这个近乎理想的激子系统与金属镜连接，并展示了对激子-光子耦合的控制。具体来说，通过机电改变异质结构和镜子之间的距离，从而改变了当地的光子态密度在一个可控的和可逆的方式，我们表明，激子的吸收和发射特性可以动态调制。这种在机械柔性、原子级薄半导体中对激子动力学的机电控制开辟了腔量子光学力学、非线性量子光学和拓扑光子学的新途径。
2019-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Direct exciton emission from atomically thin transition metal dichalcogenide heterostructures near the lifetime limit
我们证明了原子薄的过渡金属二硫属化物（TMDC）MoSe $_{2}$，WSe $_{2}$和MoS $_{2}$中的自由激子的非均匀线宽的减少通过封装在几个纳米厚的hBN。封装显示导致10 K激子线宽显著减小，对于n-MoSe $_{2}$减小到$\sim3.5 \text{ meV}$，对于p-WSe $_{2}$减小到$\sim5.0 \text{ meV}$，对于n-MoS $_{2}$减小到$\sim4.8 \text{ meV}$。有证据表明，hBN环境有效地降低费米能级，因为相对光谱权重向中性激子发射在n-掺杂TMDC和向带电激子发射在p-掺杂TMDC。此外，我们发现，完全封装的MoS $_{2}$显示出可分辨的激子和trion发射，即使在高功率密度激发后，与非封装材料相比。我们的研究结果表明，封装的机械剥离的几个单层TMDC内纳米厚的hBN显着提高光学质量，产生超窄的线宽，接近均匀的限制。
2017-04-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
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
Interlayer and moiré excitons in atomically thin double layers: from individual quantum emitters to degenerate ensembles
本综述聚焦原子级薄TMDs等范德华双层中的层间激子与莫尔激子，介绍其特性、调控方式及从单粒子到简并系综的研究方向，梳理相关基础与莫尔超晶格效应。
2024-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in Atomically Thin TMD in Electric and Magnetic Fields
针对激子磁吸收中微扰方法的不足，发展了强磁场理论，并通过电场混合s波和p波态，实现对p波态的研究，从而获取电子-空穴质量不对称性的直接信息。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall
Coulomb-bound four- and five-particle valleytronic states in an atomically-thin semiconductor
作为承载量子化角动量的紧密结合的电子-空穴对的宿主，过渡金属二硫属化物的原子薄半导体提供了用于光学寻址谷自由度的吸引人的平台。特别是，在这些系统中的中性和带电激子的valleytronic属性已被广泛研究。与此同时，涉及更多粒子的相关量子态至今仍是难以捉摸和有争议的。在这里，我们提出的实验证据valleyronic四粒子双激子和五粒子激子，在高品质的单层钨二硒样品。通过电荷掺杂，热激活，和磁场调谐测量，我们确定的双激子和激子trion的光学发射绑定相对于明亮的激子和trion分别。此外，无论是双激子和激子-trion谷间束缚态涉及暗激子，从而产生的排放量与大，负谷极化，而不是众所周知的双粒子激子。我们的研究为利用高阶激发构建谷电子量子器件提供了新的机会。
2018-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Striped excitonic (super)solid in anisotropic semiconductors with screened exciton interactions
本研究在Gross-Pitaevskii框架下发现，各向异性原子级薄半导体（如少层黑磷）中屏蔽激子相互作用导致激子凝聚体形成条纹状结晶相及条纹超固体相，并确定了其出现与共存的最佳条件。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall
Motional narrowing, ballistic transport, and trapping of room-temperature exciton polaritons in an atomically-thin semiconductor
原子薄过渡金属二硫属化物晶体（TMDC）由于其独特的电子和光学性质，在未来的半导体光电子学中具有很大的应用前景。特别是，TMDC中的电子-空穴对（激子）在室温下是稳定的，并且与光强烈相互作用。当TMDC嵌入光学微腔中时，激子可以与腔光子杂交以形成激子极化激元（本文中的极化激元），其显示超快速度和强相互作用。在微芯片上操纵和捕获极化激元的能力对于未来的应用至关重要。在这里，我们创造了一个潜在的景观室温极化激元在单层WS $_2$，并证明他们的自由传播和捕获。我们表明，介电无序的影响，限制WS $_2$激子的扩散和扩大其光谱共振，显着减少在强激子-光子耦合制度，导致运动狭窄。这使得WS $_2$极化激元的弹道输运能够跨越数十微米，具有扩展范围的部分一阶相干性。此外，与WS $_2$激子和自由极化激元相比，捕获极化激元的退相被显著抑制。我们的研究结果表明，在环境条件下的长距离传输和有效的捕获TMDC极化激元的可能性。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Atomically thin semiconductors as nonlinear mirrors
我们发现，具有辐射增宽激子共振的过渡金属二硫属化物单分子层将表现出透射场的完美消光。由于平面无缺陷二维晶体中激子和光子的面内动量守恒，这一结果适用于任何入射角的s或p偏振弱共振光场。与单量子发射体的消光实验相反，激子-激子相互作用导致反射随着入射场的功率增加而增强，所述入射场相对于激子共振是蓝色失谐的。我们表明，相互作用限制了最大反射，可以通过耗尽进入的相干态到一个传出的双模压缩状态。
2017-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Excitons in atomically thin black phosphorus
利用拉曼光谱和光致发光光谱研究了在氩气气氛下机械剥离块状晶体得到的单层黑磷的光学性质。拉曼光谱，在原位进行相同的薄片的光致发光测量，证明了单层字符的研究样品。的发射光谱，占主导地位的激子效应，显示预期的平面各向异性。由于不同的介电屏蔽，发射能量取决于薄片放置在其上的基底的类型。最后，随着温度的升高发射的蓝移很好地描述了使用两个振荡器模型的带隙的温度依赖性。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kapitza-resistance-like exciton dynamics in atomically flat MoSe$_{2}$-WSe$_{2}$ lateral heterojunction
本研究在MoSe₂-WSe₂横向异质结中发现类卡皮查电阻的激子行为，实现单向激子流，提出激子卡皮查电阻概念，证明可通过近场工程等调控长程激子输运，为二维激子器件开发提供新途径。
2023-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dark exciton-exciton annihilation in monolayer WSe$_2$
过渡金属二硫属化物（TMD）半导体中异常强的库仑相互作用产生了由亮激子态和暗激子态组成的丰富的激子景观。在高密度下，激子可以通过激子-激子湮灭（EEA）相互作用，这是一种限制光电应用效率的类俄歇复合过程。虽然EEA是一个众所周知的和特别重要的过程，在原子薄的半导体确定激子寿命和影响运输在高密度，其微观起源仍然难以捉摸。在这个联合的理论实验研究相结合的微观和材料特定的理论与时间和温度分辨的光致发光测量，我们证明了黑暗的谷间状态，发现占主导地位的EEA率在单层WSe $_2$的关键作用。我们揭示了一个有趣的，在这类材料的俄歇散射的特性温度依赖性与理论和实验之间的良好协议。我们的研究提供了微观的洞察技术相关的俄歇散射通道内显着的激子景观的原子薄半导体的效率。
2021-12-20 cond-mat.mes-hall
Theory of exciton-electron scattering in atomically thin semiconductors
在范德华材料中实现激子和载流子的混合，为强相互作用玻色-费米混合物的多体物理研究开辟了新的前沿。为了得到一个有效的低能量模型，这样的系统，我们开发了一个精确的对角化方法的基础上的离散变量表示，预测的散射和束缚态性质的三个电荷在二维过渡金属dichalcogenides。从量子力学的三体问题的解决方案，我们从而获得激子和trions的有效质量模型内的束缚态能量与量子Monte Carlo预测非常吻合。对角化方法也提供了访问的激发态的三体系统。这使我们能够预测电子和激子的散射相移，作为输入的激子和载流子在有限密度的相互作用的混合物的低能量理论。为此，我们推导出一个有效的激子电子散射的潜力，是直接适用于量子蒙特卡罗或图解多体技术。作为一个例子，我们通过研究过渡金属dichalcogenides中激子费米极化子的多体物理来展示这种方法，并且我们表明有限范围校正对光吸收光谱有实质性的影响。我们的方法可以应用到大量的多体现象，可实现在原子薄的半导体从激子本地化诱导超导。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bosonic condensation of exciton-polaritons in an atomically thin crystal
二维晶体的出现彻底改变了现代固体物理学。从基本的观点来看，载流子相关性的增强已经在传输和量子光学社区中引发了巨大的研究活动。在这方面，最有趣的效应之一是玻色凝聚和多粒子复合物的自发相干性。在这里，我们发现了令人信服的证据玻色子凝聚激子极化激元出现在一个原子级薄的晶体MoSe 2嵌入在一个电介质微腔下的光泵浦。凝聚体的形成表现在发光强度以阈值状方式突然增加，以及在外加磁场中显著的自旋极化率。空间相干性是通过高分辨率的实空间干涉测量绘制出来的，揭示了空间扩展的凝聚体。我们的设备代表了实现基于原子薄晶体的相干光源以及非线性谷电子相干设备的决定性一步。
2020-09-24 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
Intrinsic Exciton Linewidth in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物的特征在于库仑束缚的电子-空穴对（激子），其具有异常大的结合能以及耦合的自旋和谷自由度。这些独特的属性已被用于原子薄光电子学和谷电子学的激子的电学和光学控制。这些技术的发展依赖于对激子基本性质的理解和量化。一个关键参数是本征激子均匀线宽，它反映了系统（激子）和浴（真空和其他准粒子）相互作用产生的不可逆量子耗散。使用光学相干二维光谱，我们提供了第一个实验测定的激子均匀线宽在单层过渡金属dichalcogenides，特别是钨二硒化物（WSe 2）。激子-激子相互作用和激子-声子相互作用在量子退相干中的作用是通过对激子密度和温度依赖的线宽测量来揭示的。剩余的均匀线宽外推到零密度和温度是~1.5毫电子伏，放置在激子辐射寿命的下限约为0.2 ps。在这项工作中提出的激子量子退相干机制，预计将普遍存在于原子薄的半导体。
2014-10-12 cond-mat.mes-hall
Exciton-dominated Dielectric Function of Atomically Thin MoS2 Films
我们系统地测量了不同层数的原子级MoS 2薄膜的介电函数，并证明当薄膜厚度小于5-7层时，激子效应在介电函数中起主导作用。介电函数显示出异常依赖于层数。当膜厚小于5-7层时，随着膜层数的增加，薄膜的折射率减小;当膜厚大于7层时，随着膜层数的增加，薄膜的折射率增大。我们发现，这是因为激子效应是非常强的薄膜中的二硫化钼和其贡献的介电函数可能占主导地位的能带结构的贡献。通过对实验结果的直观拟合，得到了薄膜中激子的束缚能和玻尔半径随层的变化。激子效应的优势与常规材料的介电函数通常由能带结构决定的报道形成鲜明对比。介电函数的知识可以使得能够设计原子级薄的MoS 2膜的光-物质相互作用，用于开发新型光子器件，例如超材料、波导、光吸收器和光发射器。
2015-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theory of x-ray scattering from optically pumped excitons in atomically thin semiconductors
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）；Universität Hamburg（汉堡大学）
本文提出利用非弹性x射线散射研究mesoscopic准粒子内部电荷分布的新框架，探讨光泵激子对过渡金属二硫化物x射线散射光谱的贡献。
2026-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Super-transport of Excitons in Atomically Thin Organic Semiconductors at the 2D Quantum Limit
相干激子的长距离快速输运对于发展高速激子电路和量子计算应用具有重要意义。然而，这些相干激子中的大多数仅在与腔耦合时在一些低维半导体中观察到，因为在材料的原生状态下，激子输运存在大的不均匀加宽和退相效应。在这里，通过将相干激子限制在2D量子极限，我们首次观察到分子聚集使激子在原子级薄的二维（2D）有机半导体中在相干态之间的超传输成为可能，在室温下测得的高效激子扩散系数为346.9 cm 2/sec。该值比其他有机分子聚集体和低维无机材料的报道值高一到几个数量级。在没有耦合到任何光学腔的情况下，单层并五苯样品，一个非常干净的2D量子系统，（1.2 nm厚），具有高结晶度（J型聚集）和最小界面态，显示出来自Frenkel激子的超辐射发射，这通过温度依赖的光致发光（PL）发射，高度增强的辐射衰减速率，显著窄化的PL峰宽和强定向的面内发射。单层并五苯样品中的相干性被观察到在135个分子上离域，这显著大于从其他有机薄膜观察到的值（几个分子）。此外，在单层并五苯样品中的激子的超输运表现出高度各向异性的行为。我们的研究结果为未来高速激子电路，快速OLED和其他光电器件的发展铺平了道路。
2020-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-Equilibrium First-Order Exciton Mott Transition at Monolayer Lateral Heterojunctions Visualized by Ultrafast Microscopy
基于过渡金属二硫属化合物的原子级精确横向异质结为研究一维激子Mott跃迁提供了一个新的平台。为了研究本质上的非平衡Mott转变，我们采用超快显微镜与~ 200 fs的时间分辨率的图像不同的激子相在II型WSe 2-WS1.16Se0.84横向异质结构的运输。这些测量可视化了高度非平衡的电子-空穴（e-h）等离子体相的极快膨胀，费米速度高达3.2*10^6 cm*s-1。在室温下，超快显微镜观察到了一个密度约为5*10^12 cm-2的一阶激子莫特跃迁，这在传统的稳态测量中可以伪装成一个连续跃迁。这些结果指出了设计原子级薄横向异质结作为激子和电子-氢等离子体高速公路的新机会。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall
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
Impact of dark excitons on Förster type resonant energy transfer between dye molecules and atomically thin semiconductors
染料分子和二维过渡金属二硫属化物（TMDC）的界面结合了强分子偶极激发和半导体中的高载流子迁移率。Förster型能量转移是两种成分之间耦合的一个关键机制。我们报告的光谱分辨弗斯特诱导的过渡率从染料分子的TMDC层的微观计算。我们的方法是基于微观布洛赫方程求解自洽与麦克斯韦方程。这种方法允许结合夹在供体分子和衬底之间的TMDC半导体的介电环境。我们的分析揭示了典型的染料分子在紧密堆叠的结构中在meV范围内的传输速率，Förster速率对分子跃迁能量的非平凡依赖性来自于黑暗的动量禁止TMDC激子的独特签名。
2023-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi polaron-polaritons in charge-tunable atomically thin semiconductors
简并费米系统中可动量子杂质的动力学是多体物理中的一个基本问题。由于最近对超冷费米气体的突破性实验，人们对这一领域的兴趣又重新燃起。由于有利于超低质量极化激元形成的腔耦合和导致极化子或三振子形成的激子-电子相互作用之间的相互作用，在嵌入微腔的二维电子系统中光学产生激子或极化激元构成了该领域的新前沿。在这里，我们提出了腔光谱的栅极可调单层MoSe $_2$表现出强烈的束缚三振子和极化子共振，以及非微扰耦合到一个单一的微腔模式。随着电子密度的增加，由极化子分裂决定的振子强度逐渐从较高能量的排斥激子极化子共振转移到较低能量的吸引极化子流形。同时观察到的极化激元形成的吸引力和排斥力的分支表明一个新的制度的极化子物理的极化激元杂质的质量是远远小于电子。我们的研究结果揭示了新的光响应的半导体在自由载流子的存在下，通过确定费米极化子性质的激子共振，并构成了第一步，在调查一类新的简并玻色-费米混合物。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall
Controlled Interlayer Exciton Ionization in an Electrostatic Trap in Atomically Thin Heterostructures
该研究利用静电栅极在原子级薄异质结构中捕获并调控层间激子，在高密度下观测到与陷阱深度无关的电离阈值及温度依赖，为实现偶极激子凝聚体奠定基础。
2024-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Exciton and trion dynamics in atomically thin MoSe2 and WSe2: effect of localization
本文详细研究了自然掺杂的MoSe_2和WSe_2单原子层在上述带隙激光激发下激子和三电子动力学随温度的变化。通过结合时间积分和时间分辨的光致发光（PL）光谱，我们显示了激子和trion本地化的重要性，在这两种材料在低温下。我们还揭示了在更高的温度下，激子和trion的热能超过典型的本地化能量的离域激子复合物的过渡。这是伴随着强烈的变化，PL包括抑制的trion PL和减少的trion PL寿命，以及显着的变化中性激子的PL强度的温度依赖性和外观的一个显着的缓慢PL衰减组件。在这里研究的MoSe 2和WSe 2中，观察到发生这种强烈变化的温度分别在100和200 K左右，与它们在T~ 10 K时8和20 meV的非均匀PL线宽一致。所观察到的行为是MoSe 2和WSe 2中亮激子和暗激子的特定能量排序、样品掺杂、trion和激子本地化以及各种温度依赖性非辐射过程的影响之间复杂相互作用的结果。
2016-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin mirrors made of monolayer semiconductors
过渡金属二硫属化合物单分子膜是探索新的电子和光学现象以及实现原子级薄光电子器件的理想材料。它们拥有紧密结合的电子-空穴对（激子），可以被共振光场有效地激发。在这里，我们证明了一个单层的二硒化钼（MoSe 2）可以显着修改激子共振附近的光传输，作为一个电开关镜，反射高达85%的入射光在低温下。这种高反射率是由六方氮化硼封装的这种原子级薄半导体中激子的优异相干特性的直接结果。此外，我们表明，MoSe 2单层具有功率和波长依赖的非线性，源于激子为基础的晶格加热的情况下，连续波激发和激子-激子相互作用时，快速，脉冲激光激发。这些观测为研究量子非线性光学现象和拓扑光子学以及光学器件的微型化提供了新的可能性。
2017-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bistability of electron temperature in atomically thin semiconductors in the presence of exciton photogeneration
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；L. D. Landau Institute for Theoretical Physics（列夫·达维多维奇·朗道理论物理研究所）
研究过渡金属二硫化物单层中激子与三重态之间的动态平衡，揭示在驻留电荷载流子和持续激子光生成作用下，系统加热导致电子温度双稳态行为，包含低温态和高温态，切换时间在十到百皮秒内。
2026-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Local strain engineering in atomically thin MoS2
通过使材料经受应变来调节材料的电子性质构成了增强半导体电子器件性能的重要策略。使用局部应变，可以设计激子的限制势，具有用于捕获激子用于量子光学和用于有效收集太阳能的激发可能性。二维材料能够在断裂之前承受大的应变，这为引入大的局部应变提供了独特的机会。在这里，我们研究原子级薄的MoS2层与大的局部应变高达2.5%，从基板的控制分层诱导。使用同时扫描拉曼和光致发光成像，我们在空间上解决了高达90毫电子伏的直接带隙减少引起的局部应变。我们观察到一个漏斗效应，其中激子漂移数百纳米，以较低的带隙区域重组之前，证明激子限制的局部应变。观测结果得到了原子紧束缚模型的支持，该模型用于预测非均匀应变对MoS2中局部电子态的影响。在激子俘获势中产生大的应变诱导变化的可能性为原子级薄材料中的各种应用打开了大门，包括光致发光、量子光学和二维光电子器件。
2013-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Magnetization by Defect-Assisted Exciton Recombination in Atomically Thin CrCl$_3$
本研究利用金刚石氮-空位中心量子传感结合激子泵浦，发现缺陷辅助俄歇复合可增强原子级薄CrCl₃的面内磁化，验证了缺陷工程调控二维磁体磁性的可行性，开辟了光致瞬态磁性研究新平台。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatial Exciton Localization at Interfaces of Metal Nanoparticles and Atomically Thin Semiconductors
提出自洽Maxwell-Bloch理论解析金属纳米粒子与二维半导体复合系统，发现等离激元诱导势中的激子束缚态，并证实强激子-等离激元耦合具有避免交叉和数十meV的Rabi分裂特征。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
