作者:徐红星等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/9/14 14:01:24
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范德华异质结的“层间激子”都是“层间”激子?

将两层不同的过渡金属硫族化合物垂直堆叠,可以形成“双层异质结”,其中的第二类型能带结构促使了空间间接激子,即“层间激子”的产生。然而这些激子的共振峰能量相似、难以辨认,因而存在许多误判与争议。一个基本的问题是,形成这些“层间激子”的电子和空穴是否是由不同层贡献的?

最近,武汉大学物理科学与技术学院的研究者(武可,钟红霞,袁声军教授,张顺平教授和徐红星院士等)在《国家科学评述》(National Science Review, NSR)发表研究论文。他们以WS2/WSe2 异质结为例,结合光谱分析和第一性原理计算,发现异质双层中堆叠角度依赖的激子的波函数分布在单一原子层内,跃迁偶极矩也基本平行于原子面。实验表明,WS2/WSe2异质结中的新出现的激子峰(~ 1.35 eV)对堆叠角度具有强烈的依赖特性(见图b),符合所谓“层间激子”的特性。进一步,研究者通过动量空间的偏振光谱分析,发现该激子的辐射跃迁偶极矩主要是平行于原子层面内的(见图c),而且不依赖于堆叠角度。

研究者进行了能带分析和带边态初步分析,结果显示1.36 eV的跃迁是Γ-K间接跃迁;对比了全能谱的吸收、带隙对堆叠角度的依赖规律和实验结果;确认激发态联合态密度在1.36 eV的值是零;对该激子的波函数分布进行了分析,发现参与复合跃迁的电子和空穴均来自于WS2材料,而真正意义上的层间激子跃迁强度很低且位于近红外区间(1.06 eV)。这与实验结果相吻合,更正了文献中的一些错误指认。

该工作为范德华异质结与光学结构的耦合提供了重要参考,为范德华异质结光电器件的设计提供了理论指导。参与该工作的还包括华中科技大学钱立华研究员,郑州大学史志峰教授以及武汉大学的张晨栋教授。此项工作得到国家自然科学基金委、国家重点研发计划和中国科学院先导专项等项目的支持。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab135

 
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