二维量子极限下原子级薄有机半导体中激子的超传输
材料科学
2020-07-22 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
相干激子的长距离快速传输对于发展高速激子电路和量子计算应用十分重要。然而，由于材料本征态中激子传输存在大的非均匀展宽和退相干效应，这些相干激子大多仅在部分低维半导体与腔耦合时被观测到。在此，通过将相干激子限制在二维量子极限，我们首次在原子级薄二维（2D）有机半导体的相干态之间观测到分子聚集所实现的激子超传输，在室温下测得有效激子扩散系数高达 346.9 cm2/sec。该值比其他有机分子聚集体和低维无机材料报道值高一至数个数量级。在无需耦合任何光学腔的情况下，单层并五苯样品——一种具有高结晶度（J 型聚集）和极少界面态的极洁净二维量子系统（厚 1.2 nm）——表现出来自 Frenkel 激子的超辐射发射，这通过温度依赖的光致发光（PL）发射、高度增强的辐射衰减率、显著变窄的 PL 峰宽以及强方向性面内发射得到了实验确认。在单层并五苯样品中观测到相干性离域覆盖 135 个分子，远大于其他有机薄膜中观测到的值（几个分子）。此外，单层并五苯样品中激子的超传输表现出高度各向异性行为。我们的结果为未来高速激子电路、快速 OLED 及其他光电器件的发展铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2002.02623,
title = {Super-transport of Excitons in Atomically Thin Organic Semiconductors at the 2D Quantum Limit},
author = {Ankur Sharma and Linglong Zhang and Jonathan O. Tollerud and Miheng Dong and Yi Zhu and Robert Halbich and Tobias Vogl and Kun Liang and Hieu T. Nguyen and Fan Wang and Shilpa Sanwlani and Stuart K. Earl and Daniel Macdonald and Ping Koy Lam and Jeff A. Davis and Yuerui Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.02623},
year = {2020}
}