通过单层二碲化钼中栅极调控的激子到三子转换延长谷极化寿命
介观与纳米尺度物理
2022-08-17 v1 材料科学
摘要
单层二维半导体因可通过螺旋特异性光束进行谷寻址而成为谷电子学颇具吸引力的选择。但激子较短的谷寿命阻碍了潜在的谷电子学应用。在本文中，我们展示了一种通过有效栅极调控将激子转换为三子、并利用三子远长于激子的谷寿命来延长谷寿命的策略。在连续波实验中，我们发现随着栅压调离电荷中性，谷极化增强，激子的谷极化度从近零增至 38%，三子增至 33%。这是首次在无磁场下成功观测到 MoTe2 中的谷极化。在泵浦-探测实验中，我们发现随着栅压调离电荷中性，激子的谷间散射过程被显著抑制，散射时间从 0.85 ps 到约 2.17 ps。相反，由于可用于三子自旋翻转的伴生电荷增多，三子的谷间散射率增加，散射时间从 1.39 ns 降至电荷中性外约 100 ps。有趣的是，我们的结果表明，尽管谷间散射加速，三子极化度仍因激子到三子转换产生的极化三子生成速率超过谷间三子散射而提高。重要的是，高效的激子到三子转换改变了主导的去极化机制。结果，在电荷中性处谷寿命从激子到三子被提升了 1000 倍。我们的结果揭示了激子与三子的去极化动力学及各类去极化通道间的相互作用，并为延长谷极化提供了有效策略。
引用
@article{arxiv.2111.05560,
title = {Prolonging Valley Polarization Lifetime through Gate-Controlled Exciton-to-Trion Conversion in Monolayer Molybdenum Ditelluride},
author = {Qiyao Zhang and Hao Sun and Jiacheng Tang and Xingcan Dai and Zhen Wang and Cun-Zheng Ning},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.05560},
year = {2022}
}