Exciton g-factors of van der Waals heterostructures from first principles calculations
外场是探测材料中光激发的有力工具。磁场中激励的线性能量偏移由其有效g因子量化。在这里，我们将展示如何激子g因子和他们的符号可以确定收敛的第一性原理计算。我们将该方法应用于半导体过渡金属二硫属化物中的单层激子和MoSe $_2$ /WSe $_2$异质双层膜中的层间激子，并与最近的实验数据取得了良好的一致性。我们的方法的精度允许分配测量的g-因子的光学峰的特定跃迁的能带结构和样品的特定区域。这揭示了各种先前测量的层间激子峰的性质。我们进一步表明，由于特定的光学选择规则，在范德华异质结的g-因子是强烈的自旋和堆叠相关。轨道角动量的计算需要对数百个带求和，这表明对于所考虑的二维材料，基组大小是一个关键的数值问题。所提出的方法可以潜在地应用于各种各样的半导体。
2020-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast exciton transport in van der Waals heterostructures
本文针对范德华异质结中激子的超快非扩散传播现象，提出了一种基于波导模式形成及其辐射传输的替代激子传输模型。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Stacking enabled strong coupling of atomic motion to interlayer excitons in van der Waals heterojunction photodiodes
通过对WSe $_2$ /MoSe $_2$异质结光电二极管的光电流测量，揭示了原子运动与层间激子的叠加诱导强耦合.强耦合表现为明显的周期性边带的光电流光谱中的频率窗口接近层间激子共振。的边带，重复在大片的层间激子光电流谱，发生在能量增量直接对应于一个突出的异质结的振动模式。这种周期性的图案，连同层间光电导振荡，生动地展示了非常强的激子-声子耦合的出现-及其对层间激发的影响-在堆叠工程范德华异质结构器件。我们的研究结果建立光电流光谱作为一个强大的工具，询问层间激子的振动耦合，并提出了一个新兴的战略，以控制振动物理在固态。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer dark excitons in a van der Waals heterostructure
University of Maryland（马里兰大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究通过光谱直接识别WSe2/hBN/WSe2同质双层中的亮和暗层间激子，发现暗激子具有超长寿命和强谷极化，并展示了扭转角对激子发射的调控，为TMD异质结构激子物理与器件应用提供关键见解。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical spectroscopy of excited exciton states in MoS2 monolayers in van der Waals heterostructures
MoS 2单分子膜的光学性质主要由激子，但对于直接剥离到SiO2衬底上的单分子膜中的光谱宽的光学跃迁，激发激子状态的详细信息是不可访问的。六方氮化硼（hBN）的封装可以接近均匀的激子线宽，但范德华异质结构中的干扰使得直接比较具有不同振子强度的光谱中的跃迁更具挑战性。在这里，我们揭示了反射率和光致发光激发光谱中的A-激子的激发态在封装在hBN层的校准厚度的二硫化钼单层的存在下，允许外推激子结合能约220毫电子伏。我们从理论上再现的能量分离和振子强度测量的反射率相结合的激子共振计算的屏蔽二维库仑势与转移矩阵计算的范德华结构的反射率。我们的分析表明，与理想的二维氢模型相比，屏蔽库仑势的激子振子强度与主量子数的演变非常不同。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnon-exciton proximity coupling at a van der Waals heterointerface
自旋和光子系统是现代信息设备和新兴量子技术的核心。半导体中的电子空穴对（激子）和磁性晶体中的集体自旋激发（磁振子）之间的相互作用将桥接这些异质系统，在新型互连设备中利用它们的个体资产。在这里，我们报告的磁性薄膜和原子级薄的半导体之间的界面处的磁振子激子耦合。我们的方法联盟的长寿命的磁振子托管在一个薄膜的钇铁石榴石（YIG）的强约束激子在一个薄片的过渡金属二硫属化物，MoSe $_2$。磁振子诱导的激子上的动态谷塞曼效应所统治的界面交换相互作用。这类新生的混合系统为微波和光学区域之间的信息转导提供了新的机会。
2021-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Giant Magneto-Exciton Coupling in 2D van der Waals CrSBr
本研究利用磁光光谱揭示了厚层CrSBr中稳健的激子-磁序强耦合，发现0.425T磁场即可诱导磁相变并产生32 meV激子能移，为二维反铁磁材料在磁光传感器和量子通信中的应用奠定基础。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Control of the exciton valley dynamics in van der Waals heterostructures
在具有过渡金属二硫属化合物单层的范德华异质结中，激子谷动力学是由激子中电子和空穴之间的长程交换相互作用驱动的。它耦合在相反的圆极化导致在单层平面中传播的激子的纵向-横向分裂的活跃状态。在这里，我们从理论上研究的电介质环境的影响上的远程交换相互作用，并演示如何在六方氮化硼的封装修改激子横向分裂。我们计算激子自旋/谷极化弛豫由于长程交换相互作用，并表明单层环境的变化导致显着的，高达五倍，增强激子谷极化寿命。
2020-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Exciton diffusion in WSe2 monolayers embedded in a van der Waals heterostructure
我们结合时间分辨光致发光（TRPL）和空间分辨稳态显微光致发光（$μ$ PL）研究了六方氮化硼（hBN）包裹的WSe $_2$单层膜中激子的扩散.在300 K，我们提取激子扩散长度$L_X= 0.36\pm 0.02 \; μ$ m和激子扩散系数$D_X=14.5 \pm 2\;\mbox{cm}^2$ /s。这代表了近10倍的激子的有效迁移率增加，相对于几个以前报道的值nonencapsulated样品。在低温下，这些样品的高光学质量使我们能够区分不同激子物种的扩散：明亮和黑暗的中性激子，以及带电激子。暗中性激子的较长寿命产生较大的扩散长度$L_{X^D}=1.5\pm 0.02 \;μ$ m。
2018-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnon-mediated exciton-exciton interaction in a van der Waals antiferromagnet
本研究在反铁磁半导体CrSBr中发现磁振子介导的激子相互作用，其通过自旋倾斜角的磁振子调节使激子能量依赖于密度，为关联量子材料的相互作用调控和非线性光电器件开发提供新方向。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trapping Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructures by Potential Arrays
过渡金属二硫属化物异质结构可以容纳层间激子（IX），其由在不同层中空间分离的电子和空穴组成。IX拥有永久偶极子，并已被证明提供了丰富的新颖物理学。我们开发了一个离散的，随机行走模型，其中包括湮灭和IX之间的排斥相互作用。利用这个模型，我们模拟了不同深度、密度和形状的陷阱中IX的捕获。我们的研究结果表明，偶极-偶极相互作用在调节IX捕获中起着重要的作用。偶极相互作用的影响可以用小而深的陷阱来减轻，这些陷阱可以用原子缺陷和莫尔势来实现。
2021-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially mixed moiré excitons in two-dimensional van der Waals superlattices
莫尔超晶格为定制量子粒子之间的相互作用及其与电磁场的耦合提供了前所未有的机会。强超晶格势产生激子的莫尔迷你带-电子和空穴的结合对，它们位于单层（层内激子）或两个单独的层（层间激子）中。载流子的扭转角控制的层间杂化也可以混合两种类型的激子以组合两者的强度。在这里，我们报告了一个直接观察的空间混合莫尔激子的角度对准WSe2/WS2和MoSe2/WS2超晶格的光学反射光谱。在垂直电场作用下，WSe 2/WS2中强相互作用的层间和层内莫尔激子表现出能级反交叉和振子强度重新分布。我们还观察到掺杂相关的激子迷你带重整化和混合近半填充的第一电子迷你带的WS2。我们的发现对二维半导体中新兴的关联态，如激子凝聚和玻色-哈伯德模型，以及这些材料的光电应用具有重要意义。
2020-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer excitons in van der Waals heterostructures: Binding energy, Stark shift, and field-induced dissociation
在范德华异质结（vdWHs）中，光激发的层内激子具有II型能带排列，已被观察到在超快时间尺度上隧穿到层间激子中。这种层间激子具有足够长的寿命，使得利用外部面内电场诱导解离成为提高光电流器件效率的有吸引力的选择。在本文中，我们计算层间激子结合能，斯塔克位移，和解离速率为6个不同的过渡金属二硫属化物（TMD）vdWHs使用基于外部复杂标度（ECS）的数值计算程序。我们利用一个解析的双层Keldysh势来描述电子-空穴对之间的相互作用，并通过与完整的多层泊松方程进行比较来验证其准确性。基于这个模型，我们得到了激子解离速率的弱场解析表达式。分析的异质结构是MoS $_2$ /MoSe $_2$，MoS $_2$ /WS $_2$，MoS $_2$ /WSe $_2$，MoSe $_2$ /WSe $_2$，WS $_2$ /MoSe $_2$，和WS $_2$ /WSe $_2$。对于弱电场，我们发现WS $_2$ /WSe $_2$支持最快的解离速率。此外，我们观察到，激子的解离速率在vdWHs显着大于在其单层对应。
2020-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-assisted electron tunneling in van der Waals heterostructures
弹性和非弹性电子隧穿的控制依赖于具有良好定义的界面的材料。由二维成分组成的范德华材料为此类研究提供了理想的平台。声学声子和缺陷态的签名已被观察到在电流-电压（$I-V$）测量。这些特征可以用电子-声子或电子-缺陷的直接相互作用来解释。在这里，我们使用一种新的隧穿过程，涉及激子在过渡金属二硫属化物（TMD）。我们研究了由石墨烯和金电极组成的隧道结，这些电极由六方氮化硼（hBN）与相邻的TMD单层隔开，并在$I-V$测量中观察到突出的共振特征。这些共振出现在偏置电压，对应于TMD激子能量。通过将TMD置于隧道路径之外，我们证明了这种声子-激子介导的隧穿过程不需要任何电荷注入TMD。这项工作演示了电输运测量中的光学模式的外观，并介绍了一个新的功能的光电子器件的基础上范德华材料。
2023-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Magneto-Excitonic Coupling in Alloyed van der Waals Antiferromagnet
Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；University of Warsaw（华沙大学）；Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses（强磁场国家实验室）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université Toulouse（图卢兹大学）；King’s College London（伦敦国王学院）
研究在范德华反铁磁体CrSBr中掺入氯对磁光相互作用的影响，结合磁光光谱与GW计算，发现Cl插入使激子波函数局域化，降低磁场诱导的能量重整化，确立成分合金化可调控范德华磁半导体磁光性质耦合。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate tuning from exciton superfluid to quantum anomalous Hall in van der Waals heterobilayer
二维材料的范德华异质结构提供了一种强有力的方法来工程化物质的各种量子相。例子包括拓扑物质，如量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，和相关的物质，如激子超流体。在一个共同的平台上实现这些截然不同的量子物质可能会引起极大的兴趣，然而，它们不同的起源往往会将它们限制在具有不兼容特性的物质系统中。在这里，我们表明，异质双层的二维谷半导体可以通过激子超流体（ES），量子反常霍尔（QAH）绝缘体，和QSH绝缘体之间的层间偏压进行调谐。这些不同的相位之间的可调谐性的结果从库仑相互作用的竞争与层间量子隧穿，具有手性形式的谷半导体。我们的研究结果指出了令人兴奋的机会，利用受保护的拓扑边缘通道和散装超流在一个电气可配置的平台。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Dielectric Screening in van der Waals Heterostructures via Pressure-Tuned Exciton Rydberg Series
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
通过研究单层WSe₂封装在六方氮化硼中的激子里德堡系列，探测压力诱导的周围介电性质变化，提出基于层间距离压力诱导演变和hBN本体介电性质的模型，实现了对压紧hBN介电常数的直接测量，建立了一种新的介电传感方法。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Exciton-Phonon Bound State in Bi2Se3/monolayer WS2 van der Waals Heterostructures
组装二维（2D）材料层以形成范德华异质结构排列的能力为材料设计和合成提供了重要的机会。层间的相互作用提供了一条通往新属性和功能的道路，理解这种相互作用对于实现这一目标至关重要。在这里，我们报告形成层间激子-声子束缚态的Bi 2Se 3/WS 2异质结构，其中Bi 2Se 3 A1（3）表面声子，一种模式，特别容易受到电子-声子耦合，是印记到激子发射的WS 2。激子-声子束缚态（或激子-声子准粒子）呈现为叠加在WS 2激子光致发光光谱上的均匀分离的峰，其周期性间距对应于A1（3）表面声子能量。Bi 2Se 3的低温偏振拉曼光谱揭示了强烈的表面声子和局部对称性破缺，这使得A1（3）表面声子以其他禁止的散射几何形状出现。我们的工作推进了复杂的层间范德华相互作用的知识，并促进了将不同材料的独特传输和光学特性结合到一个设备中的技术，用于可能的自旋电子学，谷电子学和量子计算应用。
2023-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Moiré Potential Impedes Interlayer Exciton Diffusion in van der Waals Heterostructures
范德瓦尔斯（vdW）异质结构的性质急剧改变的可调莫尔超晶格层之间的原子排列的周期性变化所产生的。激子扩散是半导体过渡金属二硫属化物（TMD）中能量输运的重要通道。虽然对TMD异质双层进行的早期研究表明载流子和激子表现出长的扩散长度，但可以存在多种情况。在具有大的超晶胞尺寸和深电势的莫尔晶体中，层间激子可以完全局部化。随着莫尔周期在较大的扭转角处减小，激子可以在超晶胞之间隧穿并在较长的寿命内扩散。在完全没有莫尔超晶格的相称异质结构中，扩散长度应该最长。在这项研究中，我们实验证明，莫尔电位阻碍层间激子扩散的WSe 2/MoSe 2异质结制备的化学气相沉积和机械堆叠与精确控制的扭转角进行比较。我们的研究结果提供了关键的指导，开发'twistronic'设备，探索莫尔超晶格工程材料的性能。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast transition between exciton phases in van der Waals heterostructures
原子级薄的范德华键合单层的异质结构开辟了一个独特的平台，工程师库仑相关，塑造激子，莫特绝缘，或超导相。在过渡金属二硫属化物异质结构中，存在于不同单层中的电子和空穴可以结合到空间间接激子中，其具有用于光电子学、谷电子学、玻色凝聚、超流性和莫尔诱导的纳米点晶格的强大潜力。然而，这些想法需要微观理解的形成，离解，热化动力学的相关性，包括超快相变。在这里，我们介绍了一个直接的超快访问库仑单层之间的相关性;锁相中红外脉冲使我们能够测量层间激子的结合能WSe 2/WS 2异质双层揭示了一种新的1 s-2 p共振，解释了一个完全量子力学模型。此外，我们跟踪，与子周期的时间分辨率，激子气体光生WSe 2层中直接转化为层间激子。根据堆叠角度，内和层间物种共存的皮秒尺度和1 s-2 p共振成为重整化。我们的工作提供了一个直接测量层间激子的结合能，并打开了在新的人工材料中跟踪和控制相关性的可能性。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tailoring excitonic states of van der Waals bilayers through stacking configuration, band alignment and valley-spin
单层半导体中的激子由于与光场的强耦合而具有大的光学跃迁偶极。异质双层中的层间激子具有电子和空穴组分的层分离，其特征在于大的电偶极子，其能够实现与电场的强耦合和激子-激子相互作用，代价是光学偶极子基本上被猝灭（几个数量级）。在这封信中，我们证明了在过渡金属二硫属化物（TMD）异质和同质双层中创建一类新激子的能力，该双层结合了单层和层间激子的优点，即具有大的光偶极子和大的电偶极子。这些激子由被很好地限制在单个层中的电子和在两个层中很好地延伸的空穴组成，在此通过载体物种特异性层杂交来实现，所述载体物种特异性层杂交通过旋转、平移、带偏移和谷自旋自由度的相互作用来控制。我们在不同的异质双层和均质双层系统中观察到不同种类的这种层杂化谷激子，其可用于实现强相互作用激子/极化激子气体，以及具有能量上转换或下转换的双向层间载流子转移的光量子相干控制。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of spin-dependent tunneling in a MoSe$_2$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ van der Waals heterostructure on exciton and trion emission
本研究通过低温光致发光和磁光克尔效应测量，发现MoSe$_2$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$范德华异质结构中激子-三子发射比例依赖于激发螺旋性与磁化取向，揭示了与激子复合竞争的超快自旋依赖层间电荷转移机制。
2025-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-temperature superfluidity with indirect excitons in van der Waals heterostructures
所有已知的凝聚态的超流体和超导态都是由偶数个费米子组成的复合玻色子（原子、分子、库珀对）实现的。发生这种宏观量子现象的温度受到玻色子的结合能和简并温度中较小者的限制。高临界温度的铜氧化物超导体创下了~100 K的现有记录。在这里，我们提出了一个人工结构材料的设计，以竞争这一记录。该结构的主要元素是由原子级薄的间隔物隔开的过渡金属二硫属化物的两个单层。系统中产生的电子和空穴会在相对的单分子膜中聚集，形成玻色子束缚态--间接激子。由此产生的间接激子的简并玻色气体将表现出量子态的宏观占据和在高温下消失的粘度。
2014-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tightly-bound and room-temperature-stable excitons in van der Waals degenerate-semiconductor Bi4O4SeCl2 with high charge-carrier density
本研究通过红外光谱、电输运、从头计算和角分辨光电子能谱等手段，在范德华简并半导体Bi4O4SeCl2中发现了室温稳定的紧束缚激子，其结合能约375 meV，载流子浓度高于Mott密度，为高掺杂体系中的激子光电器件开发奠定了基础。
2023-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brightened spin-triplet interlayer excitons and optical selection rules in van der Waals heterobilayers
研究了过渡金属双硫族化合物异质双层结构中自旋三重态层间激子的光学性质，并与自旋单重态层间激子进行了比较。令人惊讶的是，发现自旋三重态激子的光学跃迁偶极与自旋单重态激子的光学跃迁偶极处于相同的数量级，与其中自旋三重态物质被认为是暗的单重态相比的单层激子形成鲜明对比。与单层激子的自旋守恒（自旋翻转）跃迁偶极只能耦合到平面内（平面外）偏振的光不同，由于平面外镜像对称性的破坏，层间激子的这种限制被消除。我们发现，作为层间原子注册的变化，层间激子的光学跃迁偶极子之间的相反的圆极化的平面内和平面外的自旋三重态和自旋单重态物种。因此，两种物质的激子都具有不可忽略的耦合到平面内和平面外传播的光子模式中，这是与激子主要耦合到平面外传播通道中的单层的另一个明显差异。在给定的原子登记处，自旋三重态和自旋单重态激子具有不同的谷偏振选择规则，允许层间激子的谷构型和自旋单重态/三重态构型的选择性光学寻址。
2018-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in van der Waals materials: from monolayer to bulk hexagonal boron nitride
我们提出了一个一般的图片的激子性质的层状材料的单层积木的激发。为此，我们推导出一个模型激子哈密顿绘制一个类比与分子晶体，这是其他原型范德华材料。我们采用这个简化模型详细分析了六方氮化硼（hBN）的激发光谱，我们已经从多体Bethe-Salpeter方程的{ \it ab initio}解作为动量的函数得到。通过这种方法，我们确定了hBN中最低能量激子的性质，讨论了层间跳跃和电子-空穴交换相互作用对激子色散的影响，阐明了层状材料中激子与等离子体激元之间的关系。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Twist Angle Dependent Interlayer Exciton Lifetimes in van der Waals Heterostructures
在通过堆叠过渡金属二硫属化物的两个单层形成的范德华（vdW）异质结构中，形成具有高度可调谐性质的多个激子共振，并且受到垂直和横向限制。我们研究如何一个独特的控制旋钮，两个单层之间的扭曲角，可以用来控制激子动力学。我们观察到当扭转角从1 $^\circ$变化到3.5 $^\circ$时，$\text{MoSe}_{\text{2}}$ / $\text{WSe}_{\text{2}}$扭转双层膜（TBL）的层间激子寿命变化了一个数量级.使用低能量连续模型，我们从理论上分离两个主要的机制，影响层间激子辐射寿命。随着扭转角的增加，动量空间向间接跃迁的转变以及来自莫尔势的能量调制都对层间激子寿命有显著影响。我们进一步预测了不同扭转角的TBL层间激子寿命随温度的变化关系，并得到了部分实验验证。虽然最近的许多研究已经强调了如何在VDW TBL的扭曲角可以被用来工程的基态和量子相位由于多体相互作用，我们的研究探索其在控制光学激发态的动力学的作用，从而扩大了“twistronics”的概念应用。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical control of hybrid exciton transport in a van der Waals heterostructure
本研究通过垂直电场调控范德华异质结构中激子的层杂化与多体相互作用，揭示了不同杂化程度激子的偶极依赖输运特性，为激子器件和新兴物质态研究提供支撑。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Excitons in van der Waals heterostructures: The important role of dielectric screening
强束缚激子的存在是新发现的原子级薄半导体的标志之一。虽然可以理解的是，大的结合能主要是由于在二维（2D）的弱介电屏蔽，屏蔽的2D激子的作用仍然缺乏系统的调查。本文对一个广泛使用的二维类氢激子模型（介电函数ε（q）= 1 + 2παq）进行了批判性的评价，并提出了一个适用范围更广的准二维模型.在准二维图像中，电子和空穴被描述为在垂直方向上具有有限延伸的面内点电荷，并且它们的相互作用被具有非线性q依赖性的介电函数屏蔽，该介电函数是从头计算的。屏蔽相互作用被用于广义Mott-Wannier模型中，以计算孤立和支持的二维材料中的激子结合能。对于孤立的二维材料，准二维处理产生的结果几乎完全相同的严格的二维模型，都是在良好的协议与从头算多体计算。另一方面，对于更复杂的结构，如支撑层或嵌入在范德华异质结构中的层，激子在倒易空间中的尺寸远远超出了介电函数的线性范围，并且准2D描述必须取代2D描述。我们的方法的优点是提供了一个无缝连接之间的严格的2D限制隔离单层材料和更大的支持2D材料或范德华异质结构的屏蔽特性。
2015-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced interlayer neutral excitons and trions in trilayer van der Waals heterostructures
垂直堆叠的范德华异质结构构成了一个有前途的平台，提供定制的带对齐增强激子系统。在这里，我们报告的中性和带电的层间激子在三层WSe 2-MoSe 2-WSe 2范德华异质结及其动力学的观察。在三层中添加WSe 2层导致显着更高的光致发光量子产率和可调光谱共振相比，其双层异质结构在低温下。观察到的光致发光量子产率的增强是由于显着更大的电子-空穴重叠和更高的光吸收的三层异质结构，通过第一原理赝势计算的基础上自旋极化密度泛函理论的支持。我们进一步揭示了三层异质结层间中性激子和三重激子的温度和功率依赖性，以及时间分辨的光致发光。我们的研究阐明了利用第一性原理控制层间激子发光和设计原子异质结构的光电子学前景。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dipolar interactions enhanced by two-dimensional dielectric screening in few-layer van der Waals structures
本文从理论上研究了少层范德华结构中二维介电屏蔽对层间激子偶极及四极相互作用的显著增强机制，发现其强度可提升1至2个数量级，并能通过介电环境工程进一步调控。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dimensionality of excitons in stacked van der Waals materials: The example of hexagonal boron nitride
以六方氮化硼为例，我们展示了范德华束缚低维系统中电子-空穴对的特性是如何由层堆叠驱动的。出现了四种类型的激子，具有二维或三维空间扩展。电子和空穴的分布要么重叠，要么表现出电荷转移的性质。我们讨论下，它们出现的结构和对称性的条件下，他们是黑暗或明亮。这种分析提供了关键要素，以识别，预测，并可能定制的范德华材料中的电子-氢对的字符。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Unusual Exciton-Phonon Interactions at van der Waals Engineered Interfaces
拉曼散射是光与物质相互作用中普遍存在的现象，它揭示了材料的电子，结构和热性质。控制这一过程将使研究和操纵基本材料特性的新方法成为可能。在这里，我们报告了一种新的拉曼散射过程中，在不同的范德华（vdW）材料之间的界面，以及单层半导体和3D晶体衬底之间。我们发现，接口WSe 2单层材料，如SiO2，蓝宝石，和六方氮化硼（hBN），使拉曼跃迁的声子，传统上是不活跃或弱。当外来声子模式直接或经由来自WSe 2的A '1光学声子共振耦合到WSe 2中的A激子时，这种拉曼散射可以被放大近两个数量级。我们进一步表明，界面拉曼散射是不同的hBN封装和hBN夹WSe 2样品的几何形状。这种跨平台的电子-声子耦合，以及2D激子对其声子环境的敏感性，将证明在基于vdW异质结构的光电子器件的理解和工程中是重要的。
2017-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Condensation signatures of photogenerated interlayer excitons in a van der Waals heterostack
原子范德华异质结由于具有激子结合能大、寿命长等优点，是高温激子凝聚的理想体系。电荷传输和电子能量损失光谱显示了在这种二维材料中存在激子多体态的第一个证据。纯光学研究是获得光生激子相图的最明显的方法，但一直难以实现。我们观察到几个临界光生激子合奏托管在MoSe 2-WSe 2异质结光致发光强度，线宽，和时间相干指向过渡到一个相干量子态。对于这种状态，占据率为100%，激子扩散长度增加。这种现象在10开尔文以上仍然存在，与预测的临界冷凝温度一致。我们的研究首次给出了包括玻色-爱因斯坦凝聚在内的多体层间激子态的相图。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas quant-ph
Molecular Origins of Exciton Condensation in Van der Waals Heterostructure Bilayers
本研究通过基于约化密度矩阵的电子结构方法，在MoSe$_2$-WSe$_2$分子片段中观察激子凝聚的微观起源，发现层对齐和层间距离影响非经典长程有序，为设计高效能量传输材料提供机理指导。
2024-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Bulk and surface excitons in the van der Waals magnet CrSBr: Magneto-optical studies to 55 tesla
National High Magnetic Field Laboratory, Los Alamos National Laboratory（国家强磁场实验室，洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Kyung Hee University（庆熙大学）；University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化工大学）；Graduate Center of the City University of New York（纽约市立大学研究生院）
通过磁光吸收光谱研究少层CrSBr，发现体激子和表面激子具有不同的磁响应，证实了其各向异性导致的激子区分。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons probe intrinsic flat band Mottness in a van der Waals heterostructure
Peking University（北京大学）；Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University（北京大学前沿交叉学科研究院）；The University of Hong Kong（香港大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；HK Institute of Quantum Science & Technology, The University of Hong Kong（香港大学量子科学与技术研究所）；Zhengzhou University（郑州大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Liaoning Academy of Materials（辽宁省材料科学研究院）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；South China Normal University（华南师范大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
本研究结合栅极可调光谱与第一性原理计算，揭示WSe₂/Nb₃Cl₈异质结构中激子探测莫特间隙、形成极化子及磁场下谷选择性耦合，拓展了激子传感至平带莫特材料。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin-correlated exciton-polaritons in a van der Waals magnet
本文在范德华反铁磁体NiPS3中实现了自旋关联激子与微腔光子的强耦合，发现了一类新型极化激元准粒子，为通过腔量子电动力学设计和控制关联电子系统提供了新途径。
2023-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Resonant photonic crystals based on van der Waals heterostructures
我们提出使用具有光学带隙和高激子振子强度的二维单分子层作为一维共振光子晶体的元件。我们证明，这样的系统是有前途的有效和紧凑的延迟单元的创建。在布拉格和激子共振频率接近的过渡金属-二硫属化物基结构中，传播的短脉冲可以减慢几皮秒，而脉冲强度仅降低2 - 5倍。这是在位于阻带内的“慢”模式的频率处实现的。脉冲延迟和衰减可以通过使布拉格频率与激子共振频率失谐来控制。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer excitons and Band Alignment in MoS$_2$/hBN/WSe$_2$ van der Waals Heterostructures
范德华异质结构（vdWH）为探索原子尺度上的光-物质相互作用提供了理想的场所。特别地，具有II型能带对准的结构可以产生对自由载流子到光子转换过程的详细洞察，这对于例如太阳能电池和发光二极管是核心的。在描述这种过程中的一个重要的第一步是获得存在于界面处的层间激子态的能量。在这里，我们提出了一个通用的第一性原理方法来计算电子准粒子（QP）的能带结构和激子结合能的无公度vdWHs。该方法结合了我们的量子静电异质结构（QEH）模型获得的介电函数与多体GW近似和广义2D Mott-Wannier激子模型。我们计算了双层MoS $_2$ /WSe $_2$的能级排列以及层内和层间激子结合能，发现与实验光致发光光谱非常一致。与密度泛函理论计算的比较表明了自能和电子-空穴相互作用效应的关键作用。
2016-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic interactions and mechanism for ultrafast interlayer photoexcited response in van der Waals heterostructures
本文基于含时绝热GW方法，在范德瓦尔斯异质双层中发现由强电子-空穴相互作用驱动的激子通道，可将层内光激发转化为层间激发，并在MoSe$_2$/WSe$_2$中使超快光学响应增强一个数量级，与实验吻合。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Spatiotemporal dynamics of moiré excitons in van der Waals heterostructures
Philipps University of Marburg（马尔堡菲利普大学）
针对过渡金属硫族化合物异质结中莫尔势对激子动力学的影响，开发了预测性的多体模型，揭示了平带通过瓶颈效应和热占据动力学增强激子传播的反直觉机制，并实现了通过扭转角调控激子输运。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Rapid suppression of quantum many-body magnetic exciton in doped van der Waals antiferromagnet (Ni,Cd)PS3
本文通过实验与理论研究发现，仅少量 Cd 掺杂即可在反铁磁基态保持稳固的情况下急剧抑制 NiPS3 中的量子多体磁激子，揭示晶格均匀性对相干磁激子形成的关键作用。
2023-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Large Exciton Binding Energy in the Bulk van der Waals Magnet CrSBr
本文报道了块体范德华反铁磁体CrSBr单晶中异常大的激子结合能，并通过角分辨光电子能谱与GW计算证明电子和结构各向异性可显著放大激子结合能，同时展示垂直电场对其光学和电子性质的广泛调控能力。
2024-03-20 cond-mat.mtrl-sci
The dielectric impact of layer distances on exciton and trion binding energies in van der Waals heterostructures
单层过渡金属二硫属化物（TMD）和范德华异质结构的电学和光学性质强烈地受其介电环境的影响。在每一层中，库仑相互作用的场线被相邻的材料屏蔽，这降低了单粒子带隙以及激子和三重子的结合能。通过结合半导体多粒子方法的电介质异质多层环境的静电模型，我们证明了电子和光学性质是敏感的原子尺度上的层间距离。光谱测量结合直接解决方案的三粒子薛定谔方程揭示了正确预测最近测得的层间距离的trion结合能。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Coupling interlayer excitons to whispering gallery modes in van der Waals heterostructures
由二维材料组装的范德华异质结构为设计具有所需光电特性的结构提供了一个有前途的平台。在这里，我们使用波导耦合盘谐振器制成的六方氮化硼（h-BN），以证明从层间激子的两个单层过渡金属二硫属化物的异质双层腔耦合发射。我们将MoSe $_{\rm 2}$ - WSe $_{\rm 2}$异质双层夹在两个h-BN板之间，并将所得堆叠直接图案化成波导耦合盘谐振器。这使得我们能够将活性物质定位到最高光场强度的区域中，从而使模式重叠和耦合强度最大化。由于层间激子发射能量低于各个单层的光学带隙，并且由于层间跃迁本身具有弱的振子强度，因此循环光仅被弱地重吸收，这导致不受影响的品质因数。我们的器件是完全波导耦合的，代表了片上范德华光子学的一个有前途的平台。
2020-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Long-Lived Interlayer Excitons and Type-II Band Alignment in Janus MoTe2/CrSBr van der Waals Heterostructures
University of Guilan（吉兰大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Sydney（悉尼大学）；Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）
通过第一性原理计算，研究 MoTe2/CrSBr 异质结构的电子、光学和激子性质，发现其具有 II 型能带对齐和长寿命层间激子（18-45 ps），且性质受 Janus 层内建电场调控。
2026-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Challenges and opportunities in proximity-driven exciton-spin engineering in van der Waals heterostructures
本研究通过多体微扰理论，揭示了WSe2/CrI3范德华异质结构中邻近诱导的层间磁性激子，其具有堆叠构型鲁棒性，为信息转换与光电磁集成提供了新机遇。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnet-semiconductor van der Waals heterostructures: interlayer interplay of exciton with magnetic ordering
范德华（vdW）异质结构因其丰富的材料组合而引起了人们极大的兴趣，二维磁体的发现为磁性vdW异质界面的研究提供了新的平台，但目前对磁性vdW异质界面的研究仅限于具有铁磁表面的界面。在这里，我们报告了磁性VDW异质界面使用分层层内反铁磁MPSe 3（M=Mn，Fe）和单层过渡金属二硫属化物（TMD）。我们发现了一个异常上移的激子峰在单层TMD的反铁磁转变温度以下的MPSe 3，捕获层间激子-磁振子耦合的签名。这是一个从单一材料扩展到异质界面的概念。此外，这种耦合强烈地依赖于面内磁结构和堆叠方向，显示其对它们的磁界面的敏感性。我们的发现提供了一个机会，调查在不同的材料跨接口之间的相互作用的基本激发，并寻找新的功能的磁性vdW异质界面。
2020-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic polaronic exciton in A-type 2D van der Waals bulk material CrSBr
针对二维磁性半导体CrSBr在高磁场低温下电子结构和光物理机制不明确的问题，通过光谱研究确定其电荷转移带边并揭示局域激子磁极化子态及不同温度下的激子竞争，为层状磁性半导体量子调控提供基础。
2024-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong Exciton-Phonon Coupling as a Fingerprint of Magnetic Ordering in van der Waals Layered CrSBr
本研究通过低温光致发光光谱证实范德华反铁磁材料CrSBr中存在强激子-声子耦合，明确其源于Br原子面外振动的光学声子，揭示磁与光学性质的关联，为调控层状反铁磁材料光学特性提供新途径。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Moiré trapping of quadrupolar excitons in van der Waals trilayers
Newcastle University（纽卡斯尔大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）；Flatiron Institute（平顿研究所）
通过大尺度原子框架求解Bethe-Salpeter方程，揭示了扭转WSe2/WS2/WSe2三层中四极激子的原子尺度结构，发现莫尔捕获导致两种不同对称性的四极激子，并影响多激子相和几何阻挫。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic optical interface for GHz-THz collective excitations in a van der Waals magnet
TU Dortmund University（多特蒙德工业大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Universität Konstanz（康斯坦茨大学）；National Laboratory of the Rockies (NLR)（落基山国家实验室）
本文展示范德华反铁磁体CrSBr中的激子共振为GHz磁振子和THz声子模式提供了宽带光学界面，通过飞秒瞬态反射率解析相干激发，并归因于玻色子驱动的介电响应调制，将暗激子光谱权重转移至可观测通道。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci
An ab initio study of electron-hole pairs in a correlated van der Waals antiferromagnet: NiPS$_3$
最近发现的二维范德华磁体NiPS $_3$为研究二维约束下的多体准粒子提供了一条新的途径。激子是特别感兴趣的，因为它们与该材料中的磁基态的强耦合。在这里，通过使用基于第一性原理的方法，我们发现明亮的激子之间的1.4 eV至1.7 eV，类似于尖锐的相干和带边激子实验观察。分析表明，NiPS $_3$中的激子是由$d$ - $d$和电荷转移特性组成的，其中各对构型的相对比例随激子能量的变化而变化.最后，揭示了电子和空穴的波函数在空间上是分离的，电子和空穴驻留在不同的磁子晶格上。这表明所观察到的强磁激子耦合的微观起源。
2022-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
