WS$_2$/石墨烯界面处邻近增强的谷塞曼分裂
介观与纳米尺度物理
2023-09-12 v1
摘要
单层过渡金属硫族化合物中激子的谷塞曼物理为这些材料固有的自旋与轨道自由度提供了宝贵见解。作为原子级薄材料，这些自由度可受相邻层存在的影响，这是由于跨二维界面的波函数重叠所产生的邻近相互作用。此处，我们报道了系统性封装于单层石墨烯中的单层WS的A-和B-激子在60 T磁反射光谱下的研究。虽然观测到的A-激子谷塞曼效应变化在定性上符合由石墨烯诱导的介电屏蔽导致的带隙减小和激子结合能改变的预期，但B-激子的谷塞曼效应表现明显不同。我们采用第一性原理计算研究原型WS/石墨烯堆叠，发现WS在谷处的较低导带（即带）在轨道层面上受石墨烯层强烈影响。这导致B-激子的谷塞曼物理发生变化，与实验观测一致。我们详细的微观分析揭示，WS的点导带由于共振能量条件和与狄拉克锥的强耦合，介导了与石墨烯之间的耦合。因此，我们的结果拓展了多层半导体堆叠中邻近效应的后果，表明波函数杂化可以是一个多步骤过程，由不同能带介导层间相互作用。此类效应可被利用来在范德瓦耳斯和moir\'e异质结构中共振地设计自旋-谷自由度。
引用
@article{arxiv.2301.12234,
title = {Proximity-enhanced valley Zeeman splitting at the WS$_2$/graphene interface},
author = {Paulo E. Faria Junior and Thomas Naimer and Kathleen M. McCreary and Berend T. Jonker and Jonathan J. Finley and Scott A. Crooker and Jaroslav Fabian and Andreas V. Stier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.12234},
year = {2023}
}
备注
14 pages, 6 figures, 3 tables