利用介电环境抑制二维半导体中的扩散介导激子湮灭
材料科学
2023-03-31 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
原子级薄半导体如单层 MoS2 和 WS2 在显著低的激发密度下（MoS2 中低于约 10 激子/μm²）表现出非线性激子-激子湮灭。在此，我们展示湮灭发生的密度阈值可通过改变底层衬底来调节。当支撑衬底从 SiO2 变为 Al2O3 或 SrTiO3 时，二阶激子-激子湮灭的速率常数 k_XX [cm²/s] 分别降低一个或两个数量级。利用瞬态光致发光显微镜，我们测得化学处理 MoS2 中的有效室温激子扩散系数为 D = 0.06 ± 0.01 cm²/s，对应于激子寿命为 τ = 20 ns 时的扩散长度 LD = 350 nm，这与衬底无关。这些结果连同数值模拟表明，有效激子-激子湮灭半径随底层衬底折射率的增加而单调减小。激子-激子湮灭限制了在高激子密度下工作的二维半导体器件的整体效率；通过介电环境调节这些相互作用的能力是迈向具有原子级薄材料的高效光电子技术在重要一步。
引用
@article{arxiv.1811.01066,
title = {Suppressing Diffusion-Mediated Exciton Annihilation in 2D Semiconductors Using the Dielectric Environment},
author = {Aaron J. Goodman and Der-Hsien Lien and Geun Ho Ahn and Leo L. Spiegel and Matin Amani and Adam P. Willard and Ali Javey and William A. Tisdale},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.01066},
year = {2023}
}