非均匀介电介质中二维激子的能谱

我们证明，在半导体过渡金属硫族化合物的单层（MLs）中，激子态的 $s$ 型里德伯系列遵循简单的能级阶梯：$\epsilon_n=-Ry^*/(n+\delta)^2$，$n$=1,2,\ldots，其中 $Ry^*$ 非常接近于按包围该 ML 的介质介电常数以及约化有效电子-空穴质量缩放后的里德伯能量，而 ML 的极化率仅由 $\delta$ 体现。这一结论得到了激子共振实验数据的佐证——这些数据提取自封装于六方氮化硼（hBN）中的高质量 WSe$_2$ ML 的磁光测量，并且当以修正 Kratzer 势的形式近似电子-空穴势时，可用解析可解的薛定谔方程很好地重现。将我们的约定应用于其他封装于 hBN 中的 MoSe$_2$、WS$_2$、MoS$_2$ ML，我们估计了所研究各结构的 $\delta$ 的表观大小。有趣的是，发现 WSe$_2$ 与 MoS$_2$ 单层的 $\delta$ 均接近于零，这意味着这些二维结构中激子态的能级阶梯类似于三维氢原子的里德伯态。