扭曲光揭示单层 MoS2 中的类光激子色散

扭曲光携带每个光子定义明确的轨道角动量（OAM）。其 OAM 的量子数 l 可任意设定，使其成为实现高维量子纠缠和超宽带光通信结构的优异光源。为开发与此类有前景光源兼容的固态光电子系统，一项及时而富有挑战性的任务是高效且相干地将光的 OAM 转移到特定固态光电子材料上。在顶尖新兴材料中，原子级薄的单层过渡金属二硫属化物（ML-TMD）因其维度降低而具有超强光-物质相互作用，成为一种适用于新型应用的潜在材料。在本研究中，我们对 ML-MoS2 在具有明确量化 OAM 的扭曲光光激发下进行了光致发光（PL）光谱研究。我们主要观察到，对于入射扭曲光的 l 每增加一个单位，光谱峰能量显著增大。所观察到的光谱蓝移的非线性 l 依赖性证明了 OAM 从激发扭曲光转移到 ML-TMD 中的谷激子，这由我们的分析和计算模拟得到很好解释。更令人兴奋的是，扭曲光激发被证明能产生相对于所转移 OAM 的激子跃迁，使我们能够从测得的光谱位移推断激子能带色散。因此，所测得的依赖于 l 的非线性光谱位移揭示了 ML-TMD 中谷激子一种不寻常的类光激子能带色散，该色散由先前理论研究预测，并通过我们利用独特扭曲光源的实验装置首次得到证实。