各向异性二维半导体中的强束缚激子与三子

单层和少层黑磷烯是具有线性二色光-物质相互作用且在红外频段具有广泛可调直接带隙的各向异性准二维（quasi-2D）范德华（vdW）半导体。尽管近期理论预测了具有独特性质的强束缚激子，但由于器件制备过程中的严重氧化，实验上探测激子准粒子仍然具有挑战性。在本研究中，我们报道了在本征双层黑磷烯中观测到具有高度各向异性光学性质的强束缚激子和三子，其通过六方氮化硼（hBN）封装而免受氧化，并采用场效应晶体管（FET）结构。反射对比与光致发光光谱清晰地揭示了 hBN 封装双层黑磷烯中各向异性激子和三子的线性二色光学光谱。激子里德伯系列的 optical 共振表明，即使存在来自 hBN 的介电屏蔽，中性激子束缚能仍超过 100 meV。自由空穴的静电注入在电中性系统光带隙下方约 30 meV 处产生了来自正三子（带电激子）的额外光学共振。我们的工作展示了单层与少层黑磷烯作为探索多体物理以及基于具有二重各向异性的强束缚激子的新型光子学与光电子学的平台的令人兴奋的可能性。