MoS$_2$/WS$_2$ 与 MoSe$_2$/WSe$_2$ 异质双层中的层间与层内激子
材料科学
2018-08-01 v1
摘要
准确描述的过渡金属硫族化合物异质双层（HBLs）的激子性质，对于理解其光学响应和载流子动力学至关重要。多层系统中的激子具有层间或层内特征，其光谱位置取决于其结合能以及组成单层的能带排列。在本研究中，我们基于第一性原理计算报道了 MoS/WS 和 MoSe/WSe HBLs 的电子结构与吸收光谱。我们探究了层间和层内激子的光谱位置、结合能及起源，并将我们的结果与实验观测进行了比较。系统的吸收光谱通过在 GW 计算之上求解 Bethe-Salpeter 方程获得，该计算修正了由密度泛函理论计算得到的独立粒子本征值。我们的计算揭示，两种 HBLs 中最低能量激子均具有层间特征，这对其可能的器件应用具有决定性意义。由于载流子的空间分离性质，层间激子的结合能可能预期显著小于层内激子。然而，根据我们的计算，最低能量层间激子的结合能仅低约 20%，这是由于 HBLs 层间库仑相互作用的屏蔽较弱。因此，可以推断层间激子相对于层内激子的光谱位置主要由组成单层的能带偏移决定。通过比较振子强度和热占据因子，我们表明在低温发光中，层间激子峰占主导，而在吸收中其几乎不可见。
引用
@article{arxiv.1803.05483,
title = {Inter- and intra-layer excitons in MoS$_2$/WS$_2$ and MoSe$_2$/WSe$_2$ heterobilayers},
author = {E. Torun and A. Molina-Sánchez and H. P. C. Miranda and L. Wirtz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.05483},
year = {2018}
}
备注
17 pages, 4 figures