单层 MoS$_{2}$ 中负电荷与中性激子的精细结构

我们展示了关于高质量单层 MoS$_{2}$ 的实验与理论结果，揭示了带电激子（即 trion）的精细结构。在发射光谱中我们分辨并确认了两个 trion 峰，T$_{1}$ 和 T$_{2}$，类似于钨基材料中的单态与三重态 trion 峰对（T$_S$ 和 T$_{T}$）。然而，在偏振依赖的光致发光测量中，我们将这些峰识别为新颖的谷内与谷间单态 trion，构成了不同于已知具有由自旋轨道耦合引起的大导带分裂的亮和暗 2D 材料中的 trion 精细结构。我们表明 MoS$_{2}$ 中的 trion 能量分裂是谷间与谷内载流子相互作用的灵敏探针。在理论的进一步支持下，我们断言这些单态 trion 的存在，结合反常的激子 g 因子以及发射光谱的特征温度依赖关系，共同表明单层 MoS$_{2}$ 具有暗激子基态，尽管其具有自旋极化导带的“亮”单粒子排布。