过渡金属硫族化合物单层中的激子自发解离
介观与纳米尺度物理
2023-06-21 v1
摘要
自 MoS2 单层开创性工作以来，原子级薄过渡金属硫族化合物（TMDCs）中的光激发一直被认为会产生具有大结合能（约 200-600 meV）的激子。由于激子结合能比室温下的热能量高出数量级，因此在基于 TMDC 的器件中观察到光电流和光电压的产生令人困惑，即使在施加电场远低于激子解离阈值的单层中也是如此。在此，我们表明 TMDC 单层的光激发会产生大量自由电荷。通过对大面积单晶 WS2、WSe2 和 MoSe2 单层进行超快太赫兹（THz）光谱测量，我们发现约 10% 的激子自发解离为寿命超过 0.2 ns 的电荷载流子。扫描隧道显微镜揭示，光生载流子产生与带隙中间缺陷态密切相关，可能通过陷阱介导的俄歇散射实现。仅在具有低至 10^9 cm^-2 的带隙中间陷阱密度的顶尖质量单层中，本征激子物理才开始主导太赫兹响应。我们的发现表明，激子或激子复合物仅在缺陷密度足够低的极限下才是光激发 TMDC 单层中的主导准粒子。
引用
@article{arxiv.2306.10814,
title = {Spontaneous Exciton Dissociation in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers},
author = {Taketo Handa and Madisen A. Holbrook and Nicholas Olsen and Luke N. Holtzman and Lucas Huber and Hai I. Wang and Mischa Bonn and Katayun Barmak and James C. Hone and Abhay N. Pasupathy and X. -Y. Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.10814},
year = {2023}
}
备注
18 pages, 5 figures, SI