层间相互作用对过渡金属硫族化物价带分裂的强烈影响
介观与纳米尺度物理
2022-05-11 v2 材料科学
摘要
理解过渡金属硫族化物（TMDs）中价带顶（VBM）分裂的起源十分重要，因为它决定了单层和多层 TMDs 中独特的自旋与谷物理。本工作中，我们通过改变温度和层数，利用光电流谱对原子级薄 MoS 和 WS 中的 VBM 分裂（）进行了系统研究。我们发现单层 MoS 和 WS 中的 VBM 分裂强烈依赖于温度，这与自旋轨道耦合单独决定单层 TMDs 中 VBM 分裂的理论相矛盾。我们还发现 VBM 分裂随温度的变化率（）在单层中最高（MoS 为 -0.14 meV/K），并随层数增加而减小（5 层 MoS 的 meV/K）。我们进行了密度泛函理论（DFT）以及含 Bethe-Salpeter 方程的 GW（GW-BSE）计算，以确定具有不同层间距的双层 MoS 的电子能带结构和光学吸收。我们的模拟与实验观测一致，并表明原子级薄单层和多层 TMDs 中 VBM 分裂的温度依赖性源于相邻层之间层间耦合强度的变化。通过研究两类不同的 TMDs 和多种不同层厚，我们还证明 VBM 分裂也依赖于层数和过渡金属类型。我们的研究将有助于理解自旋轨道耦合和层间相互作用在确定量子材料中 VBM 分裂的作用，并开发基于自旋轨道相互作用的下一代器件。
引用
@article{arxiv.2205.03449,
title = {Strong Effects of Interlayer Interaction on Valence-Band Splitting in Transition Metal Dichalcogenides},
author = {Garrett Benson and Viviane Zurdo Costa and Neal Border and Kentaro Yumigeta and Mark Blei and Sefaattin Tongay and K. Watanabe and T. Taniguchi and Andrew Ichimura and Santosh KC and Taha Salavati-fard and Bin Wang and Akm Newaz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.03449},
year = {2022}
}
备注
15 pages, 5 figures (accepted to JPCC)