原子级薄拓扑绝缘体中室温激子的观测
材料科学
2023-03-28 v2
摘要
对极薄材料的光学光谱研究显著增进了我们对低维半导体中集体激发的理解。这一点尤其体现在原子级薄晶体中丰富的激子物理，其独特地源于强库仑关联、自旋轨道耦合（SOC）与晶格几何的相互作用。在此，我们将该领域拓展至报道在具有非平凡全局拓扑的材料中观测到室温激子。我们研究了外延生长在 SiC 衬底上的单层铋原子（下文称铋烯或 Bi/SiC）的基本光学激发谱，该材料已被确立为具有大能隙的二维（2D）量子自旋霍尔（QSH）绝缘体。在布里渊区 K 和 K' 点处的直接带隙附近观察到强烈发展的光学共振，表明形成了具有可观振子强度的束缚激子。这些实验发现，关于激子共振的特征及其能量尺度，均得到基于第一性原理的 GW 与 Bethe-Salpeter 方程计算的确证，证实了这些光学激发中强烈的库仑相互作用效应。我们的观测提供了二维 QSH 绝缘体中室温激子的首例证据，其中激子物理与拓扑物理源自完全相同的电子结构。
引用
@article{arxiv.2209.05915,
title = {Observation of room temperature excitons in an atomically thin topological insulator},
author = {Marcin Syperek and Raul Stühler and Armando Consiglio and Paweł Holewa and Paweł Wyborski and Łukasz Dusanowski and Felix Reis and Sven Höfling and Ronny Thomale and Werner Hanke and Ralph Claessen and Domenico Di Sante and Christian Schneider},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.05915},
year = {2023}
}