单层过渡金属二硫族化合物中纵向光学声子辅助的激子形成

我们研究了一种机制，即在单层过渡金属二硫族化合物的光激发后，激子通过 LO（纵向光学）声子辅助散射过程产生。在已知层状结构的 Fr"ohlich 耦合常数、LO 声子能量、晶格温度和激子结合能的情况下，计算了激子形成时间作为激子质心波矢、电子和空穴温度以及载流子密度的函数。对于单层 MoS$_2$，我们得到了在电荷密度为 5 $\times$ 10$^{11}$ cm$^{-2}$ 且载流子温度低于 300 K 时亚皮秒时间尺度上的超快激子形成时间，与最近的实验结果（$\approx$ 0.3 ps）吻合良好。在低载流子温度（$\approx$ 30 K）下，激子主要在零质心波矢处产生，而在较高的载流子温度（$\ge$ 120 K）下，激子形成时间在非零波矢处最快。结果表明，激子形成时间与载流子密度呈反平方律关系，这与光致发光对激发密度的平方律依赖关系一致。我们的结果表明，在典型的单层硒基二硫族化合物（MoSe$_2$ 和 WSe$_2$）中，激子的形成比硫基二硫族化合物（MoS$_2$ 和 WS$_2$）更快。