激子与摩尔晶格的相互作用：极化子、弦激发及自旋关联的光学探测

我们发展了一个通用理论，描述原子级薄过渡金属硫族化物（TMD）单层中的激子如何与由 TMD 双层构成的相邻摩尔晶格中的自旋与电荷关联相耦合。为具体起见，假设电荷载流子（空穴）在摩尔晶格与单层之间的虚隧穿，结合束缚空穴-激子态（即三子）的存在，导致了摩尔空穴与激子之间的有效相互作用。除 Umklapp 散射外，我们表明该相互作用依赖于自旋，因此将激子耦合到摩尔空穴的自旋关联上，这些关联可以是面内也可以是面外的。我们随后利用该理论考察了两个具体例子：摩尔空穴形成面内铁磁或反铁磁序。在这两种情况下，激子都会在摩尔晶格中产生自旋波，我们使用自洽玻恩近似对其进行分析，该近似将这些过程包含到无穷阶。我们表明，磁序与激子运动之间的竞争导致了一种定义良好的准粒子的形成，该准粒子由激子及其下方摩尔晶格位点中磁挫败云所包围构成。对于反铁磁体，我们进一步证明了难以捉摸的几何弦激发的存在，并讨论了如何通过其对自旋-自旋耦合（可通过改变摩尔双层的扭转角来调节）所具有的特征性能量依赖关系来观测它们。所有这些现象在激子谱中均有清晰特征，因此我们的结果说明激子是有前景的探针，可提供对 TMD 材料中预测存在的新量子相自旋关联的光学探测途径。