非中心对称 3R MoS$_{2}$ 中的二维谷电子与激子

我们发现，当 MoS$_{2}$ 层遵循 3R 堆垛时，谷电子——即布里渊区 ${\rm K}$ 和 ${\rm K'}$ 点附近的电子态——的运动被限制为二维，而在 2H 多型中能带在全部三个维度上都有色散。根据我们的第一性原理能带结构计算，谷态在 3R-MoS$_{2}$ 中没有层间跳跃，这被证明是布洛赫函数旋转对称性的结果。通过测量反射光谱并分析各向异性氢原子模型，我们确认 3R-MoS$_{2}$ 中的谷激子具有二维类氢光谱系列，且波函数展宽小于层间距。相反，2H-MoS$_{2}$ 中的谷激子很好地由三维模型描述，因此不被限制于单层。我们的结果表明，谷自由度的维度可以简单地通过堆垛几何来控制，这可用于未来的谷电子学。